带通滤波器

3.带通滤波器的设计

3.1 设计要求：

带内波纹：0.03dB ；

中心频率：3.3 GHz；

下边频：3.2 GHz ；

上边频：3.4 GHz ；

在3.7 GHz的时候频率点衰减大于40 dB

3.2 设计原理：

带通滤波器的设计是用带通滤波器单元级联构成的，级联时需要是每个单元的两个端口都与下一个元件匹配。

3.3 设计步骤：

步骤一：选择适当的低通滤波器原型：

根据铜带波纹，截止频率和衰减特性的要求，用MATHCAD软件计算出低通滤波器原型值，如下所示：

步骤二：求解带通滤波器的奇偶模阻抗值与其微带线参数，画出原理图

1.根据分数带宽，低通原型计算出导纳变换的值：

2.求出导纳变换值后，可以根据下面的公式计算出奇偶模阻抗：

3.根据奇偶模阻抗值，选定基板的参数H=1500um，T=20um，介电常数=4，

确定微带耦合线的尺寸以及耦合间距。

4，再用LinCalc计算出各段微带线的W,S,L参数，如下表所示：

5．用ADS设计出带通滤波器的原理图：

图一：ADS软件中带通滤波器的原理图

步骤三：对带通滤波器的原理图进行参数仿真：

图二：S参数仿真和Smith圆图仿真：

由S参数曲线图可以看出：通带范围为3.1 GHZ到3.3GHZ，即带宽为200MHZ,在3.4GHZ处衰减为46 dB左右，满足衰减大于40 dB的要求。另外在通带内回波损耗均在20 dB以下，有良好的通带特性。

由Smith圆图可以观察到，在3.1GHZ的时候，S11,S21达到了匹配点，可以说设计基本上符合要求。

带通滤波器补充：

在该设计中同时可以采用microwave软件来设计。参数的求值与用ADS的求值是相似的。同时可以将单位mil更改为um，即可以得到带通滤波器的原理图：

步骤一：得到带通滤波器的原理图：

图一带通滤波器原理图

步骤二：得到S参数仿真和Smith圆图仿真：

图二：S参数仿真图

图三：Smith圆图仿真

步骤三：绘制EM图：

用快捷键view layout，得到EM板的平面图。在用view layout得到平面图后，通常有未连接的地方或者排列混乱，在点击edit下的select all后，再点击edit下的snap together，可以得到排列整齐并且各处连接正常的图形如下：

图四带通滤波器EM板的平面图

步骤四：E M板导入导出及仿真：

1）点击layout/export layout 导出project1.gds；

2）点击project/Add EM structure/Import EM structure 导入project1.gds得到EM结构图如下：

图五带通滤波器EM板的结构图

调节y尺寸使得元件置于中间位置，上下留出空间。

点击快捷键或选择在两个端口加上箭头，为使电磁能量能在输入输出端口流动，加上箭头后上图所示。

3）Option/project option 选择适当的仿真范围，在EM板上加端口，仿真得出EM板电磁流图如下图所示：

从图中可以清楚的观察到，滤波器中的电磁能量在输入输出端口不停的流动，表现为箭头不时的向某个方向流动。

图六带通滤波器的能量图

4) 3D view得出EM板立体图。可得EM板参数如下图所示：

图六：带通滤波器的立体图