1、微帶低通濾波器的設計與仿真分類： 電路設計嘿嘿，學完微波技術與天線，老師要求我們設計一個微帶元器件，可以代替實驗室里的元器件，小弟不才，只設計了一個低通濾波 器。現把它放到網上，以供大家參考。帶低通濾波器的設計一、題目第三題：低通濾波器的設計技術參數：f < 800MHz ；通帶插入損耗 ；帶外 100MHz 損耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm。仿真軟件：HFSS、 ADS 或 IE3D介質材料：介電常數 £ r = 2.65板厚1mm二、設計過程1、參數確定：設計一個微帶低通濾波器，其技術參數為f < 800MHz ;通帶插入損耗；帶外100MHz損耗；特性阻抗Z0=

2、50 Ohm。介質材料：介電常數£r = 2.65，板厚 1mm。2、設計方法：用高、底阻抗線實現濾波器的設計，高阻抗線可以等效為串聯電感，低阻抗線可以等效為并聯電容，計算各阻抗線的寬度及長度，確保各段長度均小于X/8(入為帶內波長)。3、設計過程：(1)確定原型濾波器：選擇切比雪夫濾波器，?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30，查表得N=5,原型濾波器的歸一化元件參數值如下：g1 = g5 = 1 .3394， g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1 .0000。該濾波器的電路

3、圖如圖 1 所示：Oh(2)計算各元件的真實值：終端特性阻抗為Z0=50?，則有C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0)= 1.3394/(2*3.1416*8*108*50) = 5.3293pF ,C3 = g3/(2*pi*f0*Z0)= 2.1660/(2*3.1416*8*108*50)= 8.6182pF ,L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) =50*1.3370/(2*3.1416*8*108)= 13.2994nH。(3)計算微帶低通濾波器的實際尺寸:設低阻抗(電容)為 Z0I = 15?。經過計算可得 W/d = 12.3656,£ e =

4、 2.443,貝U微帶寬度 W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm ,各段長度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 =15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12=15.3412mm，I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12=24.8088mm，帶內波長 入=Vpl/f =3*10A11/(sqrt(2.4437)8*10A8) = 239.8873mm ,入 /8 = 29.9859mm可知各段均小于入/8符合要求。設高阻抗(電感

5、)為 Z0h = 95? 。經過計算可得 W/d =0.85， £ e = 2.0402則微帶寬度 W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm ，各段長度 l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm ，帶內波長 入=Vpl/f = 3*1011/(sqrt(2.0402)*8*108) = 262.5396mm,入 /8 = 32.8175mm可知各段均小于入/8符合要求。4)參數修正經過反復優化與調試，最終確定的低通濾波器的各參數如下：低阻抗線 W1 = W3 = W5 = 14.30mml1 = l5 = 18.50mml3 =26.9

6、7mm高阻抗線 W2 = W4 =1.05mml2 = l4 =30.77mm三、仿真調試與結果本仿真基于 ADS 軟件，設計中的低通濾波器的電路原理圖如圖 2 所示：按圖連線，設置好參數后，運行仿真，得到S (2,1)( dB)關于f (MHz)的曲線圖如圖3及圖4所示:Il/i .femlI=NinnlZ=60 Ohm-q川|-'亠' 'Lt .Subsr=WSLJbl： 呻 1 05 mrnI “ 忙十：L=X 77 mmFnSubsl=MSub1"4.310 mmL=13S0mmU 3ubst=-M3ubr VV=1 05 mm . L=30 77 m

7、m占h二匸r . 口Sub st="M SuhrW=14 3J m-dfi 'L-2b.97 mrnM _L 'J .,=TL3Sbbitt="M&ubTV14.30 mm '-L= 16.50 rniim -MSutbS4=AR AM ENTERS上；茁：Num=? ”2=50 Ohtn叮匚卜門MS'dbl -H=1.JO km 他. Er=? eS ,_Corid=LQE*1O Cte+W mm r=0'03 mm rafiO=O . Rough=O mm St3rt=0-Sto p盂 6 GMz -.Step=1(.MH

8、i .由圖3可以看出，設計的低通濾波器在頻率大于 1100MHz時，即通帶外300MHz處，才使得濾波器的插入損耗 L大于20dB,不滿足設計要求。但由圖4可知，通帶內損耗小于 2dB，符合要求。plO't_vs(d BS2,1). freq)-50圖30 00.2040 60 31.01 31 41 6freq* GHzplotV5CdB(S(2J)K freq)圖5freq. MHz據此，在電路原理圖上設置一個變量控制器以及優化控制器，用以優化濾波器的參數，如圖5所示:GOAL-oal- -OptimGo 日 12.E>pr=dB(Sp,1)-SirrilnstanceNam

9、e= "5P1" M)n=-Ma)f='-20.WeightWCi.RangeVar1 ='Trec|',. RangeMin11=900 MHh ' RangeMaMl1=1'6D0 MHZ'UseAIJGOpt in -Optinil .Op tiimTy pe=Random Ma)dtefs=20C DesiredError=：Cl 01 Siatu5Le?Gl-4 'FiralAnalyeiE"Norie Ncrnnaliz eG日 IsFriD SetBestValuesyes Sed=oals=y

10、esSaveCLjrrentEF=no.GOAL'OptirnGoaM '*”E?(pT=-dlBCS(：-,1 )''H Siml n Stan cer4ani.e=".SP1"Mirt2Map Waightldo ''RarigeVar|1!= Treq'-RsngeMin1=!0 fVlH? RangeMax1 fSOO MHz.SveSolrigyesS哥eGoJ滬丫西 S 訓 eOptimgfs=no Up date Data se1= yes Save MotTkial=no SaveAlllleratio

11、ns=na lj£eA'(lOptVars=yesIIII圍W和1 *2-0.36 a. 11=15 .34 0IIr1 J =39.40 o 13=54. 通過優化以后，再仿真得到的濾波器特性曲線如圖6與7所示:由圖6可以看出，設計的低通濾波器在頻率大于 900MHz時，即帶外100MHz處，濾波器的插入損耗 L大于20dB,滿足設計要求。plot_vs(d'B(S 21 )X freq)-10Hc-20 心0 -6004060.81016圖7freq. GHz由圖7可以看出，設計的低通濾波器在頻率小于760MHz時，濾波器的插入損耗小于 2dB,在800MHz處不

12、到6dB,約有40MHz的誤差，基本滿足設計要求。plot_vsdB(S(2J), freq)- -61 II I 1If fII I r 1j III I jn IiIIIIr|i itr|iii i100200300400500600700300freq. MHz參數調整好后，導出微帶線的版圖，如圖 8所示:,SIIlB*kiJWiAMWJLU VJUUJJUVJA JLVAUJUUlJiM,b.沖. -.Lilia. :芟:mnwMBIhnftainpft in調整好布局，對其進行仿真（注意端口的放置，圖中端口1、2分別放在上下兩個頂點處），得圖9所示特性曲線:- O O O O O O T J 笛-eo-0.010153.0Frequency可以看出，該曲線與原理圖的仿真相近，只是帶外100MHz (即900MHz1100MHz )損耗仍舊小于20dB，1100MHz以后才有大于20dB的損耗，存在約200MHz的偏差。如需要更加精確的仿真結果，則要重新