實(shí)驗(yàn)二微帶濾波設(shè)計與仿真

關(guān)于實(shí)驗(yàn)二微帶濾波設(shè)計與仿真第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)濾波器設(shè)計原理；2、學(xué)習(xí)利用ADS進(jìn)行濾波器仿真設(shè)計。二、實(shí)驗(yàn)原理：濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個二端口網(wǎng)絡(luò)，對通帶內(nèi)頻率信號呈現(xiàn)匹配傳輸，對阻帶的頻率信號失配而進(jìn)行反射衰減，從而實(shí)現(xiàn)信號頻譜過濾功能。濾波器分為低通、高通、帶通和帶阻四種類型，鏡像參量法和插入損耗法是設(shè)計集總元件濾波器的常用方法。對于微波應(yīng)用，這種設(shè)計必須變更到由傳輸線組成的分布器件上。Richard變換和Kuroda恒等關(guān)系提供了這個手段。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、利用ADS提供的設(shè)計向?qū)Э焖僭O(shè)計一個低通濾波器，其指標(biāo)要求如下：⑴具有最平坦的相應(yīng)，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2，⑵通帶截止頻率fp=4GHz，⑶阻帶截止頻率fs=8GHz處的插入損耗必須大于15dB，⑷輸入輸出阻抗為50Ω。第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2、微帶線工作原理微帶線是目前比較流行的平面?zhèn)鬏斁€，它可以利用光繪來加工，并且容易與其它無源和有源的微波器件集成，微帶線是準(zhǔn)TEM模式，它的相速、傳播常數(shù)和特性阻抗可以由靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)解獲得。接地板（銅，鋁）導(dǎo)體帶條（良導(dǎo)體構(gòu)成，寬約1毫米）介質(zhì)基片（固體介質(zhì)）第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月四、設(shè)計步驟：1、在主窗口菜單欄新建工程Step_Filter.2、在Step_Filter工程中建一個名為Filter_micro_lpf的原理圖。3、執(zhí)行菜單命令[DesignGuide]→[Filter],彈出如下圖所示的濾波器選擇對話框。4、選擇“FilterControlwindow”，單擊OK,得如下圖濾波器設(shè)計窗口。第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月濾波器設(shè)計助手仿真助手分析助手5、單擊工具欄中圖標(biāo)，在原理圖元件面板中有“FilterDG-ALL”,如下圖。第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月得濾波器向?qū)е械母鞣N模型。6、在“FilterDG-ALL”元件面板中選擇一個雙端口低通濾波器模型（Low-passfilterDT），這時系統(tǒng)彈出一個提示對話框，如圖。第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月7、單擊OK,并將選擇的雙端口低通濾波器添加到原理圖中。8、重新回到開始的設(shè)計向?qū)е校缓蟠蜷_“FilterAssistant”標(biāo)簽頁，可以看到如下帶有濾波器參數(shù)設(shè)置和濾波器幅頻參數(shù)設(shè)置的窗口。對應(yīng)的仿真濾波器名紋波系數(shù)阻帶損耗相應(yīng)類型幅頻特性曲線阻帶截止頻率通帶截止頻率首元件連接類型第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月9、選擇濾波器類型。選擇MaximallyFlat.10、在濾波器向?qū)е休斎朐O(shè)計參數(shù)，單擊【Redraw],即可得到一個巴特沃斯相應(yīng)曲線。第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月12、所有參數(shù)設(shè)置完成后，單擊【Design]按鈕，系統(tǒng)自動設(shè)計一個集總參數(shù)濾波器。13、返回原理圖窗口中，雙擊濾波器模型，查看濾波器的參數(shù)。14、單擊ComponentOptions按鈕，設(shè)置濾波器參數(shù)顯示對話框。第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月15、勾選所有按鈕，得到如圖顯示參數(shù)。16、查看模型中的具體電路，選擇該模型，單擊圖標(biāo)。得如圖所示設(shè)計的子電路。第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月17、設(shè)置好濾波器相應(yīng)參數(shù)后，在濾波器向?qū)е羞x擇“SimulationAssistant”標(biāo)簽頁。修改濾波器仿真設(shè)置如圖。第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月18、單擊【Simulate]按鈕，開始仿真，這樣一個集總參數(shù)濾波器設(shè)計完成，但由于頻率高，不宜采用集總參數(shù)元件，需要將其轉(zhuǎn)換為分布電路器件，這樣采用Richards變換和Kuroda等效來實(shí)現(xiàn)。第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月集總參數(shù)濾波器轉(zhuǎn)換為微帶濾波器

Richands變換是將一段開路或短路傳輸線等效為分布的電感或電容元器件的理論。即將串聯(lián)電感等效為一段短路截線，將并聯(lián)電容等效為一段并聯(lián)開路截線。但實(shí)際的微帶線電路設(shè)計中串聯(lián)短路短截線是無法實(shí)現(xiàn)的。Kuroda等效給出了并聯(lián)開路截線和一段傳輸線與串聯(lián)短截線和一段傳輸線兩種電路之間的一種轉(zhuǎn)換方法。1、Kuroda等效設(shè)計濾波器步驟用Kuroda等效設(shè)計濾波器大體分以下幾步驟：⑴根據(jù)Richards規(guī)則將集總參數(shù)的串聯(lián)電感和并聯(lián)電容變換成短路短截線和開路短截線。⑵Kuroda等效通過加入相應(yīng)的微帶傳輸線把串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線。⑶選擇微帶線參數(shù)（厚度、介電常數(shù)及介質(zhì)損耗等）根據(jù)計算的特性阻抗確定各部分微帶線段尺寸，然后進(jìn)行電路仿真。第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2、LC濾波器到微帶濾波器轉(zhuǎn)換過程⑴單擊濾波器設(shè)計向?qū)е械膱D標(biāo)，打開濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框，如圖。第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵選擇”LCtoTline”選項(xiàng)，單擊集總參數(shù)器件，將會出現(xiàn)如圖窗口。第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶單擊，然后單擊【AddAll]按鈕，添加原理圖中的L1和L2。單擊【Transform]按鈕把電感傳喚成短路串聯(lián)傳輸線。第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷單擊圖標(biāo)返回，單擊并聯(lián)電容，出現(xiàn)電容轉(zhuǎn)換窗口。第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑸最后得到如圖的短截線轉(zhuǎn)換電路⑹單擊圖標(biāo)返回到濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框，選中“TlinetoTline(kurode)”開始進(jìn)行kuroda轉(zhuǎn)換。第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑺單擊”AddTransmissionLines“中的【BeforeNetwork]按鈕在輸入端口添加一個單元器件。同樣單擊【AfterNetwork】按鈕添加輸出端的一個單元器件。添加后的電路如圖。第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑻在濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框中，選擇，然后單擊【Add】按鈕添加這對轉(zhuǎn)換，單擊【Transform】按鈕，進(jìn)行Kuroda轉(zhuǎn)換，用同樣的方法選擇進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得如圖。第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑼選中”LC,TlinetoMicrostrip”選項(xiàng)，單擊短截線圖標(biāo)，單擊【Add】按鈕添加所有短截線到微帶線的轉(zhuǎn)換，如圖。第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月（10）設(shè)置基片厚度為30mil，基片介電常數(shù)為4.4，單擊[Transform】按鈕把短截線轉(zhuǎn)換為微帶線，單擊OK轉(zhuǎn)換完成。(1mil=0.254×10-3mm）第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月11、點(diǎn)擊菜單layout下generate\updatelayout生成微帶濾波器實(shí)際版圖，可以對版圖進(jìn)行仿真。第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月Kuroda等效后的仿真12、加入s參數(shù)仿真端口和仿真控制器，設(shè)置如圖參數(shù)執(zhí)行仿真得到如下結(jié)果：仿真曲線達(dá)到預(yù)期設(shè)計結(jié)果。第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)報告1、利用ADS提供的設(shè)計向?qū)Э焖僭O(shè)計一個低通濾波器，其指標(biāo)要求如下：⑴具有最平坦的相應(yīng)，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2，⑵通帶截止頻率fp=2~4GHz，（選擇期間頻率）⑶阻帶截止頻率fs=6~8GHz處的插入損耗必須大于20dB，（選擇期間頻率）⑷輸入輸出阻抗為50Ω。2、思考題：其他類型濾波器可以通過此方法進(jìn)行設(shè)計嗎？第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月MCFIL(MicrostripCoupled-LineFilterSection)

Symbol

Illustration

Parameters

Subst=microstripsubstratename

W=linewidth,inspecifiedunits

S=spacingbetweenlines,inspecifiedunits

L=linelength,inspecifiedunits

Temp=physicaltemperature,in°C

W1=(ADSLayoutoption)widthoflinethatconnectstopin1

W2=(ADSLayoutoption)widthoflinethatconnectstopin2

RangeofUsage

1

Er

18

Simulationfrequency

(GHz)

where

Er=dielectricconstant