实验一射频滤波器设计

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1、实验一射频滤波器设计一、实验目的（1）了解微波滤波电路的原理及设计方法。（2）学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。（3）掌握微带滤波器的制作及调试方法。二、实验内容（1）使用ADS软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。（2）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。（3）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。三、设计指标设计指标：通带3.0－3.1GHz，带内衰减小于2dB，起伏小于1dB，2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于

2、-20dB。四、实验原理下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。等效电路在进行设计时，主要是以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的

3、前后级匹配，使系统性能下降。五、实验步骤（1）启动ADS（2）创建新的工程文件（3）生成微带滤波器的原理图，如图1所示。图1微带滤波器原理图(4)设置微带电路的基本参数双击图上的控件MSUB设置微带线参数H:基板厚度(0.8mm)Er:基板相对介电常数(4.3)Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33mm)T:金属层厚度(0.03mm)TanD:损耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0mm)(5)计算微带线的线宽和长度滤波器两边的引出线是特

4、性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到，具体方法是点击菜单栏Tools->LineCalc->StartLinecalc，填入50Ohm和90deg可以算出微带线的线宽1.52mm和长度13.63mm(四分之一波长)。(6)设置微带器件的参数双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.52mm和2.5mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改)。通过添加变量实现对五个耦合线节微带线线长L，宽W和缝隙S的尺寸进行设置。由于平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合

5、线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。图2是设置微带器件参数后的原理图图2设置微带器件参数后的原理图(7)添加变量①单击工具栏上的VAR图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加各耦合线节的W，L，S参数。②在name栏中填变量名称，VariableValue栏中填变量的初值，点击Add添加变量，然后单击Optimization/StatisticsSetup…按钮设置变量的取值范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能

6、被优化。③耦合线节的长L约为四分之一波长(根据中心频率用微带线计算工具算出)，微带线和缝隙的宽度最窄只能取0.2mm(最好取0.5mm以上)。(8)S参数仿真电路设置选择Term放置在滤波器两边，用来定义端口1和2，点击接地图标，放置两个地，并按照图3连接好电路。选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和步长，频率范围根据滤波器的指标确定(要包含通带和阻带的频率范围)。图3添加变量和S参数仿真的电路原理图(9)优化目标的设置①选择优化设置控件放置在原理图中，双击该控件设置优化方法及优

7、化次数。②选择优化目标控件Goal放置在原理图中，双击该控件设置其参数。这里总共设置了四个优化目标，前三个的优化参数都是S21，用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况(这里要求通带衰减小于2dB，阻带衰减大于40dB)，最后一个的优化参数是S11，用来设定通带内的反射系数(这里要求小于-20dB)，具体数值见表I表I优化目标控件的参数设置按钮名称优化目标1优化目标2优化目标3优化目标4ExprdB(S(2,1))dB(S(2,1))dB(S(2,1))dB(S(1,1))SimInstan

8、ceNameSP1SP1SP1SP1Weight100100100100Min-2保留保留保留Max保留404040RangVarFreqFreqFreqFreqRangMin2.99GHz2.7GHz3.3GHz2.99GHzRangMax3.11GHz2.8GHz3.4GHz3.11GHz(10)进行参数优化①设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可以进行参数优化了。②点击工具栏中的Simulate按钮就开始进行优化仿真了。③在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的S