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1、无源器件的设计及实现-软件仿真,-微波滤波器的设计,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。 掌握微带滤波器的设计。,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，进行版图的仿真。,ADS软件,射频和微波EDA软件工具：Agilent 公司ADS；Ansoft 公司HFSS、Designer；Microwave Office； Ansoft Serenade； CST等等。 ADS(Advanced Design System),包含时域电路仿真 (SPICE -like Si
2、mulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型的 RF设计。 主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，RFIC 设计，DSP 设计和向量仿真。,ADS软件,ADS仿真分析方法包括： 高频SPICE分析和卷积分析 线性分析 谐波平衡分析 电路包络分析 射频系统分析 电磁仿真分析,ADS软件,设计指标,通带3.03.1GHz，带内衰减小于2
3、dB，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-20dB。 微带电路板参数如下：厚度0.8mm，介质相对介电常数为Er=4.3，相对磁导率为Mur=1，金属电导率Cond=5.88E +7，封装高度Hu =(1.0e+33) mm，金属层厚度T=0.03 mm，损耗正切角TanD=1e-4，表面粗糙度Rough=0mm。,微带滤波器设计的基本原理,微带滤波器的技术指标包括 通带边界频率与通带内衰减和起伏 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,微带滤波器设计的基本原理,边缘耦合的平行耦合线由两条相互平行且靠近的微带
4、线构成。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容，平行耦合线还需要考虑耦合电容和电感。 每条微带线的特征阻抗为Z0 ，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带之间的距离为S，偶模特征阻抗为Ze ，奇模特征阻抗为Zo 。使用单个单元电路不能获得良好的频率特性，可以采用如图所示的对称级联的方法获得良好的频率特性。,微带滤波器设计的基本原理,级联微带带通滤波电路的主要设计步骤如下： 确定滤波器的参数：根据要求的截止频率H和L，确定归一化带宽BW。选择归一化低通滤波电路的原型，得到归一化频率，设计参数g1,g2.gN,gN+1。 确定带通滤波器电路中的设计参数耦合传输线
5、的奇模和偶模的特征阻抗： 根据微带线的偶模和奇模阻抗，按照给定的微带线路板的参数，使用ADS中的微带线计算器LineCalc计算得到微带线的几何尺寸W、S、L。 连接好电路，将计算出的W、S、L输入，扫描参数为S11、S12，进行仿真。 一般来说，理论值的仿真结果和实际结果都有很大出入，需要进行优化，可以采用Optim工具进行优化。 观察最终的优化结果，直到达到设计要求。,实验理论计算,利用ADS自带的微带线计算工具LineCalc计算得到微带线的几何尺寸W、S、L。,实验步骤,1、启动ADS，新建一个Project，长度单位用默认的mm。,实验步骤,2、在打开的原理图中按照计算出来的参数连接电路 3、采用Optim进行优化，优化各耦合微带线的参数。,ADS使用小结,以上介绍了使用ADS进行微带电路设计的一些基本方法，在实际使用软件时还会遇到各种具体的问题，多看Help是最好的解决方法。 在优化仿真过程中，要明确物理概念，避免无意义的工作。 ADS软件的功能十分强大，应用很广，这里我们只介绍了其中很少的一部分，如果对其他功能感兴趣的话，可以看看它的Example Prpject，这样会对它的应用有更全面的了解。,思考题,如果测试中发现滤波器通带的中心频率偏高50MHz，则应当增加还是减小耦合线节的长度，才能使通带移到正确的频率？ 信号通过滤波器时产生的衰减可能来自哪几个方面？,