小型微带带通滤波器的设计

[导读]本文提出一种小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案。

本方案采用半波长阶跃阻抗谐振器结构，且在不相邻的谐振器之间引入交叉耦合，从而在滤波器的阻带上产生了2个传输零点，使阻带抑制在3.95~13.27 GHz小于-20 dB,使寄生通带在中心频率的3.92倍处。

方案中所设计的滤波器的最终尺寸仅为12.2 mm×11.5 mm,即0.21λg×0.2λg,相比于传统的发夹型滤波器，此滤波器的体积减小了63.5%,而且实测的结果与仿真结果达到了较好的一致性。

0 引言近年来，随着移动通信系统、雷达系统以及超宽带通信系统的发展，小型化、宽阻带性能的滤波器在实际应用中受到了广泛关注。

传统的并联分支线低通滤波器和半波长平行耦合线滤波器的寄生通带都位于中心频率的2倍处，而传统的阶跃阻抗谐振滤波器的寄生通带在中心频率的2.5倍处左右，应用时很难获得宽阻带的抑制效果。

而且此类滤波器的尺寸较大，阻带窄，受微带加工最小宽度的限制，滤波器的性能受到一定的制约。

为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性，需要增加短路或开路短截线数，但这会进一步增大电路尺寸，并且在通带内引入更多的插入损耗。

通过在有限频率处引入传输零点可以获得较好的频率选择特性及带外抑制。

在滤波器的设计中，交叉耦合被广泛用来在阻带引入有限传输零点，这些传输零点可以很好地改善带边过渡特性及阻带抑制能力。

本文首先分析了阶跃阻抗谐振器的结构原理、三阶交叉耦合结构原理，随后提出了一种小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案，其寄生通带在中心频率的约4倍处，比一般的滤波器具有更宽的阻带，并对仿真与实测结果进行了分析，且得到了较好的一致性。

1 基本设计理论1.1 阶跃阻抗谐振器原理阶跃阻抗谐振器常采用λg /4 型、λg/ 2 型或λg 型三种基本谐振结构，其中λg /2 型谐振器的基本结构如图1所示，为非等电长度半波长结构，由特征阻抗分别由Z1 和Z2 的传输线组成，其对应电长度为θ1 和θ2.如果忽略结构中的阶跃非连续性和开路端的边缘电容，从开路端看的输入导纳Yin 为：式中：K 为阻抗比，定义为K = Z2 Z1.为设计方便，取θ1 = θ2 = θ，则式（1）简化为：其谐振条件为：Yin = 0，得其基频振荡条件为K = Z2 Z1 = tan 2θ。

小型化宽阻带微带带通滤波器的设计作者：胡昌海熊祥正吴彦良来源：《现代电子技术》2013年第19期摘要：提出一种小型化宽阻带微带带通滤波器，采用半波长阶跃阻抗谐振器结构，且在不相邻的谐振器之间引入交叉耦合，从而在滤波器的阻带上产生了2个传输零点，使阻带抑制在3.95～13.27 GHz小于-20 dB，使寄生通带在中心频率的3.92倍处。

滤波器的最终尺寸仅为12.2 mm×11.5 mm，即0.21λg×0.2λg，相比于传统的发夹型滤波器，此滤波器的体积减小了63.5%，而且实测的结果与仿真结果达到了较好的一致性。

所提出的滤波器具有更宽的带外抑制，更小的尺寸，且设计简单，在工程领域具有实际的应用价值。

关键词：阶跃阻抗谐振器；交叉耦合；小型化；宽阻带中图分类号： TN713.5⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）19⁃0080⁃030 引言近年来，随着移动通信系统、雷达系统以及超宽带通信系统的发展，小型化、宽阻带性能的滤波器在实际应用中受到了广泛关注。

传统的并联分支线低通滤波器和半波长平行耦合线滤波器的寄生通带都位于中心频率的2倍处，而传统的阶跃阻抗谐振滤波器的寄生通带在中心频率的2.5倍处左右，应用时很难获得宽阻带的抑制效果。

而且此类滤波器的尺寸较大，阻带窄，受微带加工最小宽度的限制，滤波器的性能受到一定的制约。

为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性，需要增加短路或开路短截线数，但这会进一步增大电路尺寸，并且在通带内引入更多的插入损耗。

通过在有限频率处引入传输零点可以获得较好的频率选择特性及带外抑制。

在滤波器的设计中，交叉耦合被广泛用来在阻带引入有限传输零点，这些传输零点可以很好地改善带边过渡特性及阻带抑制能力。

本文首先分析了阶跃阻抗谐振器[1]的结构原理、三阶交叉耦合结构原理[2-4]，随后设计了一个宽阻带滤波器，其寄生通带在中心频率的约4倍处，比一般的滤波器具有更宽的阻带，并对仿真与实测结果进行了分析，且得到了较好的一致性。

本科毕业论文（设计）\题目：微带带通滤波器的设计和实现姓名：许小晶学号： 20081004182 院（系）：机械与电子信息学院专业：电子信息工程指导教师：严彬职称：讲师评阅人：殷蔚明职称：副教授2012 年 6 月本科生毕业论文（设计）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业论文作者（签字）：签字日期： 2012 年月日摘要近几年随着商用无线通信的迅猛发展，射频/微波电路越来越得到重视和发展。

微带带通滤波器作为微波器件的一种也得到了大力的发展，尤其是在接收机前端。

带通滤波器即BPF（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。

带通滤波器在无线通讯、图像处理和遥控遥感等各方面得到重要应用。

因此，发展高性能，研究小型化的带通滤波器是当前非常受关注的课题。

本文首先介绍了微波滤波器的应用和当前的研究情况。

然后介绍了滤波器的理论基础和重要参数。

最后该论文基于仿真软件ADS和公式的基础上，介绍了微带线带通滤波器的设计方法，同时借助ADS软件对所设计的微带线滤波器进行了仿真和优化，最终得到比较理想的微带线滤波器。

在进行原理图设计、仿真和优化的过程中，重点内容是原理图的绘制和S参数的优化。

在已知公式和表格的基础上，能够计算出滤波器的各种参数，利用这些参数能够绘制原理图；S参数的优化主要是优化范围的修改和一个不断重复的过程。

本次设计所完成的滤波器如下：通带1.9－2.0 GHz，带内衰减小于2dB，起伏小于1dB，1.7GHz 以下及2.2GHz以上衰减大于40dB。

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析微波宽带带通滤波器是一种用于微波频段的滤波器，其具有筛选特定频段信号的功能，被广泛应用于通信系统、雷达系统和无线通信等领域。

本文将介绍一种小型化微波宽带带通滤波器的工程设计分析。

1. 引言微波宽带带通滤波器的设计是一项复杂的工程，需要考虑到许多因素，如滤波器的带宽、通带插入损耗、带外抑制等。

本文将以一种小型化微波宽带带通滤波器为例，进行工程设计分析。

2. 滤波器结构设计本文选取了传统的微带线结构作为滤波器的基础结构，其优点是结构简单、制作方便，适用于小型化设计。

滤波器的主要参数包括中心频率、带宽和抑制带宽，在设计过程中需要根据实际应用需求进行选取。

3. 滤波器传输线设计滤波器的传输线是实现信号传输和滤波功能的关键部分，其设计需要考虑到传输线长度、宽度和材料等因素。

在设计过程中，可以采用软件仿真工具如ADS进行传输线参数的优化选择，以满足设计要求。

4. 滤波器耦合结构设计滤波器的耦合结构用于实现信号的耦合和解耦，是滤波器性能的重要影响因素之一。

在设计过程中，可以采用耦合矩阵法进行设计，通过调整耦合系数和相位来实现所需的频率响应。

5. 滤波器的仿真和优化在滤波器设计完成后，可以使用仿真工具进行验证和优化，以确保滤波器的性能达到预期。

常见的仿真工具包括ADS、HFSS等，可以通过改变滤波器参数和结构来达到最佳的滤波性能。

6. 滤波器的制作和测试滤波器制作时需要选择合适的材料和工艺，如PCB工艺、微带线工艺等。

制作完成后，需要使用测试设备来对滤波器的性能进行测试，包括插入损耗、抑制带宽和回波损耗等参数。

7. 结论通过对小型化微波宽带带通滤波器的工程设计分析，可以得出滤波器设计过程中需要考虑的关键因素和步骤。

滤波器的工程设计需要综合考虑传输线、耦合结构、仿真和优化等方面，以实现滤波器的设计要求。

制作和测试过程也是确保滤波器性能的关键环节。

对于不同应用场景，还需要根据具体要求进行定制化设计和测试。

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析微波宽带带通滤波器是一种用于滤除无用频率信号和保留需采集频率信号的关键器件。

本文将介绍一种小型化的微波宽带带通滤波器的设计和分析。

微波宽带带通滤波器的设计要求包括滤波器的频率范围、插入损耗和带通波纹等。

在设计中，需要选择合适的滤波器结构和滤波器元件，并对其进行参数优化以满足设计要求。

选择适合的滤波器结构是设计的第一步。

在本文中，我们选择了一种宽带带通滤波器结构——微带线滤波器。

微带线滤波器由微带线和各种衬底组成，具有结构简单、体积小和制作方便等优点，非常适合小型化设计。

接下来，我们需要选择合适的滤波器元件。

在微波频段，常用的滤波器元件有驻波腔、微带滤波元件和耦合器等。

根据滤波器的设计要求，我们可以选择合适的滤波器元件组合。

驻波腔可以用于实现滤波器的选择性，微带滤波元件可以用于实现滤波器的带通特性，耦合器可以用于实现滤波器的传输特性。

根据设计要求，进行元件的参数优化，以达到滤波器设计要求。

在设计过程中，我们还需要考虑滤波器的插入损耗和带通波纹等性能指标。

插入损耗是指信号通过滤波器时的衰减程度，带通波纹是指信号通过滤波器时频率响应的不均匀性。

为了保证滤波器的性能，我们需要在设计中兼顾这些性能指标，并进行参数的调整和优化。

我们需要进行滤波器的工程设计分析。

工程设计分析主要包括电路仿真和实际测试两个方面。

电路仿真可以通过电磁仿真软件进行，以验证滤波器设计的合理性和性能指标是否符合要求。

实际测试可以使用网络分析仪等仪器设备进行，以验证滤波器的实际性能。

本文介绍了一种小型化微波宽带带通滤波器的设计和分析。

通过选择合适的滤波器结构和滤波器元件，并进行参数优化，可以实现滤波器的设计要求。

通过电路仿真和实际测试，可以验证滤波器的性能。

这种小型化微波宽带带通滤波器可应用于无线通信、雷达系统等领域，具有广阔的应用前景。

小型化微带带通滤波器的设计的开题报告开题报告：小型化微带带通滤波器的设计一、研究背景与意义随着无线通信技术的快速发展，对滤波器的性能要求越来越高。

微带带通滤波器具有体积小、重量轻、性能稳定等优点，因此在雷达、通信、导航等领域得到广泛应用。

然而目前市场上的微带带通滤波器在小型化方面仍存在一定的局限性，难以满足日益苛刻的性能要求。

因此本研究旨在设计一款小型化微带带通滤波器，以满足现代通信系统对高性能滤波器的需求。

二、研究目标与内容1. 研究目标：本课题的主要目标是设计一款小型化微带带通滤波器，实现以下目标：（1）降低滤波器的体积和重量；（2）提高滤波器的Q值和带宽稳定性；（3）优化滤波器的带外抑制和插入损耗；（4）满足不同应用场景下的性能要求。

2. 研究内容：为实现上述研究目标，本课题将开展以下研究内容：（1）分析现有微带带通滤波器的设计方法，提取关键参数；（2）基于电磁场理论，建立微带带通滤波器的数学模型；（3）优化滤波器的尺寸、形状和材料选择，实现小型化设计；（4）采用先进的仿真软件对滤波器性能进行模拟验证；（5）制作样品，并进行性能测试与评估。

三、研究方法与步骤1. 文献调研：收集并整理国内外关于微带带通滤波器设计的相关文献资料，了解当前研究现状和发展趋势。

2. 建立数学模型：根据微带带通滤波器的电路原理，建立数学模型，包括传递函数、频率响应等。

3. 优化设计：基于建立的数学模型，采用遗传算法、粒子群算法等优化算法对滤波器参数进行优化，实现小型化设计。

4. 仿真验证：使用先进的电磁场仿真软件对优化后的滤波器性能进行模拟验证，确保满足设计要求。

5. 制作样品：根据优化结果，制作微带带通滤波器样品，并进行性能测试与评估。

6. 结果分析：对测试结果进行分析，总结设计经验，为后续研究提供参考。

四、预期成果与创新点1. 预期成果：成功设计出一款满足性能要求的小型化微带带通滤波器，并进行性能测试与评估。

2. 创新点：本课题将从以下几个方面进行创新：（1）采用先进的优化算法对滤波器参数进行优化，实现小型化设计；（2）优化滤波器的尺寸、形状和材料选择，降低滤波器的体积和重量；（3）采用电磁场仿真软件对滤波器性能进行模拟验证，提高设计的准确性和可靠性。

学院：电子信息学院科目：射频通信电路设计课题：微带带通滤波器设计老师：杨阳学生：蒋万欣学号：2012141451177日期：第十六教学周四微带带通通滤波器设计一、实验目的解射频滤波电路的原理及设计方法。

学习使用ADS软件进行射频电路的设计，优化，仿真。

掌握射频滤波器的制作及调试方法。

二、实验内容使用ADS软件设计一个微带低通滤波器，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。

三、滤波器的主要参数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软件的使用启动ADS进入如下界面◆点击File->New Project设置工程文件名称（本例中为Filter）及存储路径◆点击Length Unit设置长度单位为毫米◆工程文件创建完毕后主窗口变为下图◆同时原理图设计窗口打开以上为ADS建立工程的过程，在接下来的实验过程中间完整的体现这一过程。

五、微带滤波器的设计1，设计要求通带频率：4.8-5.2GHz，通带内波纹：<3dB,阻带抑制：>30dB（5.3GHz处）输入输出阻抗：50介质基板相对介电常数：2.65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。

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年11月1日第46卷第21期Nov. 2023Vol. 46 No. 210 引 言在现代无线通信技术的不断发展下，频谱资源显得越发拥挤、终端系统也呈现小型化趋势。

这使得对射频前端系统的小型化、集成化提出了新的要求。

而滤波器作为具有选频功能的器件，一直是无线通信系统中至关重要的部分[1]。

其尺寸直接影响整机的大小，是否具备较好的选择性则直接正比于能否以更高效率利用频谱。

这就对滤波器的尺寸与性能提出了新的要求，需要在尺寸小的同时保持良好的性能。

基于此，如何设计具备小尺寸，同时性能良好的滤波器成为了广大学者关注的命题。

交叉耦合通过非相邻谐振器间进行耦合，从而在带外产生传输零点以提升带外性能。

对此，通过引入交叉耦合并对滤波器版图合理布局，设计了一款六阶交叉耦合带通滤波器。

通过各学者不断地进行研究开拓，在材料、工艺、结构上均有突破。

文献[2⁃3]总结介绍了LTCC 技术、左手材料、双通带滤波器等，而在结构上介绍了DGS 结构（缺陷接地结构）、Slow⁃Wave 结构（慢波结构）、分形结构等。

文献[4]通过IPD （集成无源电路）工艺，在硅基上设计了一款小型S 波段带通滤波器，尺寸为1.5 mm ×1 mm 。

同样是IPD 工艺，文献[5]则通过构建集总参数的方式在GaAs 基底上设计了一款5G 频段的带通滤波器，其尺寸为1.2 mm ×0.9 mm 。

文献[6⁃7]通过合理对滤波器版图布局的方式，设计了两款Ku 频段的小型化滤波器，其中Ku 频段梳状线形式的滤波器尺寸为2.4 mm ×2.1 mm ，Ku 频段发夹型滤波器尺寸则为2.6 mm ×2.5 mm 。

文献[8]提出了一种混合电磁交叉耦合结构，在三阶交叉耦合滤一种小型化交叉耦合微带带通滤波器的设计杨新宇（中国西南电子技术研究所， 四川 成都 610036）摘 要： 在现代通信技术的不断发展下，要求射频滤波器尺寸更小、性能更佳。

微带线带通滤波器的设计作者：李锦屏来源：《科技创新与应用》2013年第35期摘要：文章从带通滤波器出发，阐述了带通滤波器的工作原理和设计过程。

以此为基础借助ADS仿真软件设计微波滤波器，并结合设计方法，根据给定的滤波器技术指标，确定滤波器类型、最佳级数和结构，给出了一个带通滤波器的设计实例。

仿真结果表明此方法简单可行，满足工程设计要求。

关键词：带通滤波器；仿真；ADS；平行耦合线引言在微波通信系统中，微带线带通滤波器以其结构小、集成性强等优势成为各种微波产品中的常用重要器件。

随着微波技术的发展，微带滤波器的种类日益增多。

它们性能各异，设计方法也有所不同，近年来微波系统的设计越来越复杂，对微波滤波器的指标要求也越来越高，传统的设计方法已经不能满足设计的需要，ADS（Advanced Design System），是安捷伦公司推出的一套电路设计软件。

是一个己被广大电子工程设计师们所接受和喜爱，功能十分强大的EDA软件系统。

结合 ADS 软件能够在保证精度的前提下缩短设计周期、降低设计成本，降低电路的调试测量工作量，提高设计效率。

使用ADS仿真软件进行微波元器件等设计已经成为微波电路设计及优化的必然趋势。

1 滤波器设计原理对于不同结构的滤波器，均为从一系列信号中分离出所需要的频率。

由此，所有电路均可以用网络参数的形式来反映输入端和输出端的关系。

根据滤波器理论，所有类型的滤波器均可映射成归一化的低通滤波器[1]。

因此带通滤波器的设计可以先从设计归一化低通滤波器开始，然后再映射成带通滤波器，映射如图1所示.图中横坐标以分贝为单位，LA为衰减度，Lr 为通带内最大衰减度。

？棕'1为归一化截止频率，当归一化频率大于？棕'1时为阻带反之为通带。

图中的变量关系为：？棕'/？棕'1映射成[？棕/？棕0-？棕0/？棕]/？赘，其中：？棕0为带通滤波器的中心频率；？赘为带宽比，定义为？赘=（？棕2-？棕1）/？棕0。

个人收集整理仅供参考学习应用 ADS 设计微带线带通滤波器1、微带带通微带线地基本知识微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多地微波滤波器 ,但适合微带结构地带通滤波器结构就不是那么多了 ,这是由于微带线本身地局限性 ,因为微带结构是个平面电路 ,中心导带必须制作在一个平面基片上 ,这样所有地具有串联短截线地滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制,因而所有具有短路短截线和谐振器地滤波器也不太适合于微带结构 .b5E2RGbCAP微带线带通滤波器地电路结构地主要形式有5种：1、电容间隙耦合滤波器带宽较窄 , 在微波低端上显得太长 , 不够紧凑 , 在2GHz以上有辐射损耗 .2、平行耦合微带线带通滤波器窄带滤波器 , 有5％到 25％地相对带宽 , 能够精确设计 , 常为人们所乐用 . 但其在微波低端显得过长 , 结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小 , 实现比较困难 . p1EanqFDPw3、发夹线带通滤波器把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成 . 这种滤波器由于容易激起表面波, 性能不够理想, 故常把它与耦合谐振器混合来用, 以防止表面波地直接耦合 . 这种滤波器地精确设计较难 . DXDiTa9E3d4、1/4 波长短路短截线滤波器5、半波长开路短截线滤波器下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器地设计 , 这里只对其整个设计过程和方法进行简单地介绍 .2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成地, 它不要求对地连接 , 结构简单 , 易于实现 , 是一种应用广泛地滤波器 . 整个电路可以印制在很薄地介质基片上 ( 可以簿到 1mm以下 ), 故其横截面尺寸比波导、同轴线结构地小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟 , 但采用高介电常数地介质基片 , 使线上地波长比自由空间小了几倍 , 同样可以减小；此外 , 整个微带电路元件共用接地板 ,只需由导体带条构成电路图形, 结构大为紧凑, 从而大大减小了体积和重量 . RTCrpUDGiT关于平行耦合线微带带通滤波器地设计方法 , 已有不少资料予以介绍 . 但是 , 在设计过程中发现 , 到目前为止所查阅到地各种文献 , 还没有一种能够做到准确设计 .在经典地工程设计中 , 为避免繁杂地运算 , 一般只采用简化公式并查阅图表 , 这就造成较大地误差 . 而使用电子计算机进行辅助设计时 , 则可以力求数学模型精确 , 而不追求过分地简化 . 基于实际设计地需要 , 我对于平行耦合线微带带通滤波器地准确设计进行研究 , 编制了计算机辅助设计地小程序（附上） , 并利用 CAD 软件设计了微带带通滤波器 , 仿真模拟效果令人满意 . 应用此程序 , 不仅使设计速度大为提高 , 而且大大提高了设计地准确性 . 5PCzVD7HxA设计原理图1为平行耦合线微带带通滤波器地电路结构示意图 .它有 n个谐振器 (对应于滤波器地阶数 n),每个谐振器长为半波长 (对应中心频率 ),由 n＋ 1个平行耦合线节组成 ,长为四分之一波长 (对应中心频率 ).图 2为一节平行耦合线及他地等效电路 ,其中 Z0e－Z0o＝2Z0；Z0e*Z 0o=Z02.jLBHrnAILg图2 平行耦合线节及其等效电路平行耦合线微带带通滤波器地设计可分为以下几个步骤进行：第一步：由给定地通带和阻带衰减特性 , 用低通到带通地频率变换式 (1), 选出合适地归一化低通原型 , 计算出滤波器地阶数 , 得到归一化低通原型地元件值（这一部分地计算可以查表得之）；xHAQX74J0X第二步：用网络等效方法, 计算各级奇、偶模阻抗；第三步：由各级奇、偶模阻抗 , 综合出微带线结构尺寸（这一个部分用 PUFF 实现） .$4.2.2计算公式本文所述地设计方法 ,用到地公式很多 ,有些公式如最大平坦特性与切比雪夫特性滤波器归一化低通原型地阶数及元件值地计算公式及很多图表,很多书中都有说明 ,这里就不再介绍 ,查阅公式和图表请参阅参考书目 ,那里有很详尽地公式及图表介绍 .在此首先给出由低通到带通地频率变化式；接着给出由低通原型元件值到奇、偶模特性阻抗地计算式.LDAYtRyKfE1、由低通到带通地频率变换上式中 ,为低通原型地频率变量,是低通原型地截止频率,是带通滤波器地带边频率,是带通滤波器地频率变量,是带通滤波器地中心频率 ,是带通滤波器地相对带宽,它按下式计算：1、 耦合线节地奇、偶模阻抗设滤波器地节数为 n,归一化低通原型地元件值为 g 0,g 1,g 2 g n+1,则有以下设计公式：J 01W( 3 )Y 0'2g 0g 1 1J j, j 1 W 1 (j=1,2, ,n-1)( 4 )Y 0 2 1 'g j g j 1J n, n 1W( 5 )Y 0'2g n g n 1 1其中 ,Y 0为传输线特性导纳 ,J 代表导纳倒置转换器 ,其余参数 W 、同(1)这样 ,我们可以得第 J 个耦合线节地奇模阻抗和精模阻抗 分别为：2、 由各级奇、偶模阻抗综合出微带线结构尺寸这部分公式繁多 ,计算麻烦 ,本文应用 PUFF 软件自动计算出平行耦合线地各参数值 .$4.2.3 滤波器地理论设计设计指标：中心频率 f 0：2.45GHz ；带宽 BW ：100～200MHz （这里理论计算采用 100MHz ）；输入、输出地特征阻抗均为 50Ω； 在f ＝2.15GHz 上衰减 46dB ；选用纹波系数为 0.01dB 地切比雪夫原型 .（1）、设计低通原型 由公式 (1) 计算地'＝6,1则查图表得知阶数 n ＝3, 再次查找纹波系数为 0.01dB 地切比雪夫原型地元件数值表地：g0＝ 1,g1 ＝ 0.6292,g2 ＝ 0.9703,g3 ＝0.6292,g4 ＝1,1 '＝1.（2）、计算导纳变换器地归一导纳由公式 ( 3 )、( 4 )、 ( 5 )计算得：J 01 ＝0.316, J 12 ＝0.08, J 23 ＝0.08, J 34＝0.316. Y 0 Y 0 Y 0 Y 0（3）、计算各平行耦合线节地奇模和偶模地阻抗 由公式 ( 6 )、( 7 )计算得：( Z 0e )01=( Z 0e )34=50*(1+0.316+0.316*0.316)=70.7928Ω；dvzfvkwMI1 ( Z 0o )01=( Z 0o )34=50*(1-0.316+0.316*0.316)=39.1928Ω ；rqyn14ZNXI ( Z 0e )12＝( Z 0e )23＝54.32Ω ； ( Z 0o )12＝( Z 0o )23＝ 46.32Ω ；（4）、计算平行耦合线节地 W 、S 和L 这部分计算由 PUFF 完成：在PUFF 界面按 F3,激活 F3窗口 ,设置里面地数值为：“a clines 71Ω 39 Ω 90 °”表示 a 是理想双传输线 , 长度为四分之一波长 , 偶模阻抗为 71Ω, 奇模阻抗为 39Ω； EmxvxOtOco“b clines 54Ω 46 Ω 90 °”表示 b 是理想双传输线 , 长度为四分之一波长 , 偶模阻抗为 54Ω, 奇模阻抗为 46Ω； SixE2yXPq5（其奇偶模得阻值由前面计算所得 , 其计算带宽为 100MHz.） 把光标移到 a, 安下“＝”键 , 即得该传输线得参数值： L=12.523mm,W=0.846mm,S=0.292mm; 同样得 b 传输线得参数值为：L=12.217mm,W=1.099mm,S=1.482mm.理论设计完成 ,即可在 ADS 中进行优化设计与仿真 .3、具体设计过程3.1 创建一个新项目◇ 启动 ADS◇ 选择 Main windows◇ 点击建立一个新地 project ,出现下面对话框◇ 选择保存地路径和键入文件名 ,点击“ ok ”即创建了一个新项目 .◇点击,新建一个电路原理图窗口,开始设计滤波器.3.2 滤波器电路设计及仿真◇在中选择Tlines-Microstrip类,然后在这个类里面分别选择、和并安放在适当地位置 ,4 个和 2 个按照图 1放好 .6ewMyirQFL◇ 点击,加 2 个 port,并按图所示位置放好 .◇ 单击连好线 .图 1 滤波器初始电路图◇双击图 1 中地,并修改下面对话框地内容 ,主要设定基片地各种属性 .其中 H 是基片地厚度 ,Er 是介电常数 ,T 为基片上面金属层地厚度 ,TanD 是基片地损耗 .◇依次双击图 1 中地和,并修改下面对话框地内容 ,主要设定微带线节地属性（数据前面已经计算得出,图 1 中地 Mlin 是 2 节 50Ω地传输线 ,查表得宽度为 1.07mm）.kavU42VRUs◇在中选择Simulation-S_Param类,然后在这个类里面分别选择和并安放在适当地位置,点击,加 2 个地端 ,最后单击按照图 2 连好线 .y6v3ALoS89图 2 滤波器 S 参数地仿真电路◇双击图 2 中地,编辑下面地对话框 ,设定 S 参数仿真地频率范围 .◇按进行仿真.◇在 Data Display 窗口 ,就是新弹出地窗口中 ,按键,选择下面对话框地内容S11、 S12.◇点击 ok 后即得滤波器地特性曲线如图 3 所示 .其带宽为 190MHz, 只是频率有所偏移 ,不能达到损耗要求 ,可以通过 TURN 改进 .M2ub6vSTnP图 3◇在窗口中选择 marker－new,然后在曲线中标识一个合适地点 ,以便优化所用 . 如上图◇回到电路图地窗口 ,点击 ,进行协调修正优化 ,然后在下面地窗口中选择修正地参数并进行修正 .个人收集整理仅供参考学习◇随着所修正参数值地变化 , 曲线也随着变化 , 达到满足要求后地值时按一下 update 按钮 , 即得到修正后地结果 , 各个参数值为 a 传输线 L ＝12.1mm,W=0.85mm,S=0.3mm；b 传输线 L=12mm,W=1.08mm,S=1.55mm最后.地 S参数仿真结果为：0YujCfmUCw其带宽为 190MHz,中心频率处地损耗为－ 0.25dB, 满足设计要求 .5.2 版图 Momentum 仿真◇撤掉 S 参数仿真地模型 ,恢复电路如图 1 所示 ,点击 layout－ Generate/Update layout,电路自动生成 layout 版图 ,如图所示：eUts8ZQVRd个人收集整理仅供参考学习◇设置 Substrate,点击,然后再点击, 即完成设置模拟 .◇设置port,点击, 编辑下面这个窗口 , 完成端口设置 .个人收集整理仅供参考学习◇Mesh 仿真 , 点击, 输入下框中地频率数值,点击 ok 开始模拟 .◇最后进行 simulate,点击, 编辑下面对话框 ,如图：设置完后点击 simulate,计算机则开始计算模拟 ,需花费一定时间 .模拟结束后自动打开 data display窗口 ,显示各种曲线 ,如图sQsAEJkW5T个人收集整理仅供参考学习个人收集整理仅供参考学习◇然后点击, 则出现下图：图 4◇点击显示S参数地曲线,如图：S12 S 参数曲线◇同上即得相位、输入输出阻抗等曲线, 如图：S12 相位曲线S21 圆图输入阻抗曲线4、总结从最后地仿真结果可以看出仿真结果与理论设计得 100MHz 带宽有一定地误差 .分析其误差得来源主要有：1、计算滤波器阶数以及切比雪夫原型地元件值所查得图表得误差；2、计算归一导纳和奇偶阻抗地数据舍入地误差；3、理论计算没有考虑基片地损耗 ,而 ADS 软件是一个工程软件 ,设计模拟过程中考虑了基片地损耗、外界地干扰等各种因素 ,使得每一节地耦合线得 Q 值降低,一共有 4 节,从而带宽明显比理论值大,这个是最主要地原因.GMsIasNXkA但是设计指标地带宽要求是 100M～ 200M,所以应用 ADS 软件地设计结果还是满足设计要求 .无源器件地设计相对简单,设计地关键就是各个参数值地计算,这个需要计算机辅助设计 ,PUFF 这样地软件给了很好地设计帮助 ,最后还要靠 ADS 软件地协调优化功能以达到最佳地设计 .另外由于 ADS 软件本身地庞大 ,学习相对困难 ,建议多查查软件中地 help 文档 ,里面地查找功能非常地强大 ,基本上在 ADS 上遇到地问题都可以从帮助里面找到答案 .TIrRGchYzg版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text,pictures, and design. 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