微波滤波器的设计制作与调试

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1、实验一微波滤波器的设计制作与调试（一）实验目的了解微波滤波电路的原理及设计方法。学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。掌握微带滤波器的制作及调试方法。（二）实验内容使用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。根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。（三）微带滤波器的技术指标通带边界频率与通带内衰减、起伏阻带边界频率与阻带衰减通带的输入电压驻波比通带内相移与群时延寄生通带（三）微带滤波器的技术指标（续）前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种

2、类(高通、低通、带通、带阻等)。输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为d/df，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真。寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。（四）ADS软件的使用本节内容是介绍使用ADS软件设计微带带通滤波器的方法：包括原理图绘制，电路参数的优化、仿真，版图的仿真等。下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使用方法。ADS软件的启动启动ADS进入如下界面创建新的工程文件点击File->NewProje

3、ct设置工程文件名称（本例中为Filter）及存储路径点击LengthUnit设置长度单位为毫米创建新的工程文件（续）工程文件创建完毕后主窗口变为下图创建新的工程文件（续）同时原理图设计窗口打开微带滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计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。我们以这种结构的滤波器为例，介绍一下设计的过程。等效电路微带滤波器的设计（续）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

4、.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。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，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。生成滤波器的原理图在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏中点击选择耦合线Mcfil并在右侧的绘图区放置选择微带线ML

5、IN以及控件MSUB分别放置在绘图区中选择画线工具将电路连接好，连接方式见下页图生成滤波器的原理图（续）设置微带电路的基本参数上页图中五个Mcfil表示滤波器的五个耦合线节，两个MLIN表示滤波器两端的引出线双击图上的控件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)设置微带电路的基本参数（续）修改微带线参数窗口(左图)，也可以点击

6、MSUB下面的文字直接进行修改(右图)，但要注意数字与单位之间有一个空格.微带线计算工具滤波器两边的引出线是特性阻抗为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，出现一个新的窗口(如下页图)。在窗口的SubstrateParameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。在CpmpnetParameters填入中心频率(本例中为3.05GHz)。Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻

7、抗和相位延迟。点击Synthesize和Analyze栏中的箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。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)。17微带线计算工具（续）微带线计算工具（续）另外打开的一个窗口显示当前运算状态以及错误信息。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)。平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，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。耦合线的这

8、些参数是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。双击每个耦合线节设置