基于ADS的微带线带通滤波器设计
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5.版图生成和仿真
5.1版图生成
方法：去掉Term、接地、优化控件optm，选择菜单Layout-Generate/UpdateLayout
图11微带线版图生成
5.2版图仿真
仿真设置：采样频率范围：2~3GHz;采样点数：10个点。
图12微带线版图仿真结果
六、分析总结
本次设计在设计初期要将切比雪夫带通滤波器的低通介数计算准确,这样才能确定正确的元件值为后边的计算做好准备工作:滤波器主要依靠平行耦合微带线设计,所以微带线的奇偶模特性阻抗在计算时要仔细不能出错,要将耦合微带线的宽度、间隙、长度正确的跟耦合级联对应。
GOAL:三个插入损耗S(2,1)和一个回波损耗S(1,1)，令通带内衰减小于2dB，端口反射小于-15dB。在距离中心频率300Mhz处衰减大于50dB。
OPTM:首选Random模式，其次是Hybrid，最后是Gradient。多次优化，改变方式和次数。
图5优化目标参数设置
图6优化控件参数设置
4.2优化后仿真
微波带通滤波器的传统设计方法大多是通过图表查询和曲线拟合完成,不但工作量大,而且设计精度不高。本文采用ADS软件对微波带通滤波器进行设计,优化及仿真,进而根据设计结果加工制作微波带通滤波器器件,既减轻了设计者的劳动强度,缩短了设计周期,又提高了设计精度和设计效率,测试结果表明微带带通滤波器ADS优化设计的可行性和有效性。
系数：g0=g6=1；g1=g5=1.7058；g2=g4=1.2296；g3=2.5048
微带线的奇偶模特性阻抗计算结果如下：Z0=50欧姆
表1微带线的奇偶模特性阻抗
i,i+1
Ji,i+1
Z0*Ji,i+1
Z0e|i,i+1
Z0o|i,i+1
0,1/5,6
5.4284e-3
0.2来自百度文库14
67.2529
图7优化过程状态窗口
图8优化后的原理图
图9优化后的S（2，1）曲线图10优化后的S（1，1）曲线
由图9和图10可知，优化后的结果比优化前的数据都有所提高，仿真后的各项指标基本都能达到设计要求（中心频率：2.5GHz；通带带宽：200MHz（2.4~2.6GHz）；插入损耗：小于2dB；阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB；带内输入输出端口反射系数：小于-15dB）。滤波器性能良好，说明优化成功，设计方法正确。
间隙S/mm
长度L/mm
0/5
67.2529
40.1129
2.4260
0.3223
21.9424
1/4
54.7167
46.0367
2.8614
1.5550
21.5718
2/3
53.8363
46.6763
2.8823
1.8830
21.5638
3.原理图绘制和仿真
3.1原理图绘制
元件：2个Term，2个接地，1个MSUB，2个MLIN，6个Mcfil，1个SP，连接如图2。
项目名称：基于ADS优化的微带带通滤波器设计
一、实验目的
(1)了解低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器等滤波器原理
(2)利用ADS2008软件设计，以切比雪夫滤波器为原型，设计一种微带线带通滤波器。
二、实验设备
(1)PC机一台；
(2)ADS2008软件；
三、实验内容和要求
(1)设计一个微带线带通滤波器，以切比雪夫低通滤波器为原型；
(2)中心频率：2G+学号*50MHz；（2G+10*50MHz=2.5GHz）
(3)相对带宽：8％；（2.5GHz*8％=200MHz）
四、实验原理
1.滤波器原理
滤波器的基础是谐振电路,它是一个二端口网络,对通带内频率信号呈现匹配传输,对阻
带频率信号失配而进行发射衰减,从而实现信号频谱过滤功能。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。对于微波应用,这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
图2原始原理图（优化之前）
各元件参数设置如下：MSUB：微带线基板；Term：50欧姆；VAR：微带线参数变量
3.2原理图仿真
设置仿真参数：（线性扫描，范围2~3Ghz，步进10MHz）
仿真结果如下：
图3插入损耗S（2，1）
图4回波损耗S（1，1）
4.原理图优化与仿真
4.1原理图优化
选择优化目标控件GOAL，设置参数如下图5；添加优化控件OPTM，设置参数如图6。
工具栏【simulate】-【simulate】，优化过程中系统会自动打开一个状态窗口显示优化，结果，其中“CurrentEF”表示与优化目标的偏差，当它的值减小到0的时候，表示达到了优化目标，如图7所示，多次优化后，将接近数据的优化结果进行保存【simulate】-Updateoptimizationvalues。
1.设定滤波器指标
中心频率：2.5GHz
通带带宽：200MHz（2.4~2.6GHz）
输入输出的阻抗：50Ω
插入损耗：小于2dB
阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB
相对带宽：8％（表示信号带宽为0.2GHz）
带内输入输出端口反射系数：小于-15dB
2.滤波器选用与微带线的计算
0.5dB切比雪夫滤波器，5阶。
3.耦合微带线
当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时,由于传输线之间电磁场的相互作用,在传输线之间会有功率耦合,这种传输线称为耦合传输线。耦合微带传输线由靠得很近的3个导体构成。这种结构介质厚度为d,介质相对介电常数为η,,在介质的下面为公共导体
接地板,在介质的上面为2个宽度为W、相距为S的中心导体带。
五、实验步骤与结果
40.1129
1,2/4,5
1.7354e-3
0.0868
54.7167
46.0367
2,3/3,4
1.4321e-3
0.0716
53.8363
46.6763
借助ADS软件的LineCalc计算微带线的W、S、L：
图1LineCalc计算微带线
表2微带线的奇偶模特性阻抗和W、S、L
级数
Z0e
Z0o
宽度W/mm
2.微带线
微带线(microstrip1ine)是现在混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最频繁的一种平面传输线。它可用光科程序制作,且容易与其他无源微波电路和有源微波器件集成,从而实现微波部件和系统的集成化。微带线是在金属化厚度为h的介质基片的一面制作宽度为W，厚度为t的导体带,另一面作接地金属平板而构成的。
5.1版图生成
方法：去掉Term、接地、优化控件optm，选择菜单Layout-Generate/UpdateLayout
图11微带线版图生成
5.2版图仿真
仿真设置：采样频率范围：2~3GHz;采样点数：10个点。
图12微带线版图仿真结果
六、分析总结
本次设计在设计初期要将切比雪夫带通滤波器的低通介数计算准确,这样才能确定正确的元件值为后边的计算做好准备工作:滤波器主要依靠平行耦合微带线设计,所以微带线的奇偶模特性阻抗在计算时要仔细不能出错,要将耦合微带线的宽度、间隙、长度正确的跟耦合级联对应。
GOAL:三个插入损耗S(2,1)和一个回波损耗S(1,1)，令通带内衰减小于2dB，端口反射小于-15dB。在距离中心频率300Mhz处衰减大于50dB。
OPTM:首选Random模式，其次是Hybrid，最后是Gradient。多次优化，改变方式和次数。
图5优化目标参数设置
图6优化控件参数设置
4.2优化后仿真
微波带通滤波器的传统设计方法大多是通过图表查询和曲线拟合完成,不但工作量大,而且设计精度不高。本文采用ADS软件对微波带通滤波器进行设计,优化及仿真,进而根据设计结果加工制作微波带通滤波器器件,既减轻了设计者的劳动强度,缩短了设计周期,又提高了设计精度和设计效率,测试结果表明微带带通滤波器ADS优化设计的可行性和有效性。
系数：g0=g6=1；g1=g5=1.7058；g2=g4=1.2296；g3=2.5048
微带线的奇偶模特性阻抗计算结果如下：Z0=50欧姆
表1微带线的奇偶模特性阻抗
i,i+1
Ji,i+1
Z0*Ji,i+1
Z0e|i,i+1
Z0o|i,i+1
0,1/5,6
5.4284e-3
0.2来自百度文库14
67.2529
图7优化过程状态窗口
图8优化后的原理图
图9优化后的S（2，1）曲线图10优化后的S（1，1）曲线
由图9和图10可知，优化后的结果比优化前的数据都有所提高，仿真后的各项指标基本都能达到设计要求（中心频率：2.5GHz；通带带宽：200MHz（2.4~2.6GHz）；插入损耗：小于2dB；阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB；带内输入输出端口反射系数：小于-15dB）。滤波器性能良好，说明优化成功，设计方法正确。
间隙S/mm
长度L/mm
0/5
67.2529
40.1129
2.4260
0.3223
21.9424
1/4
54.7167
46.0367
2.8614
1.5550
21.5718
2/3
53.8363
46.6763
2.8823
1.8830
21.5638
3.原理图绘制和仿真
3.1原理图绘制
元件：2个Term，2个接地，1个MSUB，2个MLIN，6个Mcfil，1个SP，连接如图2。
项目名称：基于ADS优化的微带带通滤波器设计
一、实验目的
(1)了解低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器等滤波器原理
(2)利用ADS2008软件设计，以切比雪夫滤波器为原型，设计一种微带线带通滤波器。
二、实验设备
(1)PC机一台；
(2)ADS2008软件；
三、实验内容和要求
(1)设计一个微带线带通滤波器，以切比雪夫低通滤波器为原型；
(2)中心频率：2G+学号*50MHz；（2G+10*50MHz=2.5GHz）
(3)相对带宽：8％；（2.5GHz*8％=200MHz）
四、实验原理
1.滤波器原理
滤波器的基础是谐振电路,它是一个二端口网络,对通带内频率信号呈现匹配传输,对阻
带频率信号失配而进行发射衰减,从而实现信号频谱过滤功能。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。对于微波应用,这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
图2原始原理图（优化之前）
各元件参数设置如下：MSUB：微带线基板；Term：50欧姆；VAR：微带线参数变量
3.2原理图仿真
设置仿真参数：（线性扫描，范围2~3Ghz，步进10MHz）
仿真结果如下：
图3插入损耗S（2，1）
图4回波损耗S（1，1）
4.原理图优化与仿真
4.1原理图优化
选择优化目标控件GOAL，设置参数如下图5；添加优化控件OPTM，设置参数如图6。
工具栏【simulate】-【simulate】，优化过程中系统会自动打开一个状态窗口显示优化，结果，其中“CurrentEF”表示与优化目标的偏差，当它的值减小到0的时候，表示达到了优化目标，如图7所示，多次优化后，将接近数据的优化结果进行保存【simulate】-Updateoptimizationvalues。
1.设定滤波器指标
中心频率：2.5GHz
通带带宽：200MHz（2.4~2.6GHz）
输入输出的阻抗：50Ω
插入损耗：小于2dB
阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB
相对带宽：8％（表示信号带宽为0.2GHz）
带内输入输出端口反射系数：小于-15dB
2.滤波器选用与微带线的计算
0.5dB切比雪夫滤波器，5阶。
3.耦合微带线
当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时,由于传输线之间电磁场的相互作用,在传输线之间会有功率耦合,这种传输线称为耦合传输线。耦合微带传输线由靠得很近的3个导体构成。这种结构介质厚度为d,介质相对介电常数为η,,在介质的下面为公共导体
接地板,在介质的上面为2个宽度为W、相距为S的中心导体带。
五、实验步骤与结果
40.1129
1,2/4,5
1.7354e-3
0.0868
54.7167
46.0367
2,3/3,4
1.4321e-3
0.0716
53.8363
46.6763
借助ADS软件的LineCalc计算微带线的W、S、L：
图1LineCalc计算微带线
表2微带线的奇偶模特性阻抗和W、S、L
级数
Z0e
Z0o
宽度W/mm
2.微带线
微带线(microstrip1ine)是现在混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最频繁的一种平面传输线。它可用光科程序制作,且容易与其他无源微波电路和有源微波器件集成,从而实现微波部件和系统的集成化。微带线是在金属化厚度为h的介质基片的一面制作宽度为W，厚度为t的导体带,另一面作接地金属平板而构成的。