1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 1实验一微波滤波器的设计制作与调试n （一）实验目的n 了解微波滤波电路的原理及设计方法。n 学习使用 ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。n 掌握微带滤波器的制作及调试方法。（二）实验内容n 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。n 根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。n 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n 通带边界频率与通带内衰减、起伏 n 阻带边界频率与阻带衰减n 通带的输入电压驻波比n 通带内相移与群时延n 寄生通带 （三）微带滤波器的技术指标（续）n
2、 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 )。n 输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。n 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。n 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n 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。n 下面开始按顺序详细介绍 ADS软件的使用方法。ADS软件的
3、启动n 启动 ADS进入如下界面创建新的工程文件n 点击 File-New Project设置工程文件名称（本例中为 Filter）及存储路径n 点击 Length Unit设置长度单位为毫米创建新的工程文件（续）n 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）n 同时原理图设计窗口打开微带滤波器的设计n 平行耦合线带通滤波器的设计n 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）n 设计指标：通带
4、 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 -20dB。n 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n 在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏n 窗口左侧的工具栏变
5、为右图所示n 在工具栏中点击选择耦合线 Mcfil并在右侧的绘图区放置n 选择微带线 MLIN 以及控件MSUB 分别放置在绘图区中n 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n 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n 双击图上的控件 MSUB设置微带线参数n H:基板厚度 (0.8 mm)n Er:基板相对介电常数 (4.3)n Mur:磁导率 (1)n Cond:金属电导率 (5.88E+7)n Hu:封装高度 (1.0e+33 mm)n T:金属层厚度 (0.03 mm)n TanD:损耗
6、角正切 (1e-4)n Roungh:表面粗糙度 (0 mm)设置微带电路的基本参数（续）n 修改微带线参数窗口 (左图 )，也可以点击 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n 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 - Start Linecalc， 出现一个新的窗口 (如下页图 )。n 在窗口的 Substrate Parameters栏中填入与 MSUB中相同的微带线参数。n 在 Cpmpnet Parameters填入中心频率
7、(本例中为 3.05GHz)。n Physical栏中的 W和 L分别表示微带线的宽和长。n Electrical栏中的 Z0和 E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。n 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。n 填入 50 Ohm和 90 deg可以算出微带线的线宽 1.52 mm和长度13.63 mm(四分之一波长 )。 17微带线计算工具（续）微带线计算工具（续）n 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n 双击两边的引出线 TL1、 TL2， 分别将其宽与长设为 1.52 mm和
8、 2.5 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改 )。n 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。n 双击每个耦合线节设置参数， W、 S、 L分别设为相应的变量，单位 mm， 其中的 W1与 W2参数代表该器件左右相邻两侧的微带器件的线宽，它们用来确定器件间的位置关系。在设置 W1、 W2时，为了让它们显示在原理图上，要把Display parameter on schematic的选项勾上。耦合线节参数设置窗口
9、设置微带器件参数后的原理图添加变量n 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。n 在 name栏中填变量名称， Variable Value栏中填变量的初值，点击 Add添加变量，然后单击Optimization/Statistics Setup按钮设置变量的取值范围，其中的 Enabled/Disabled表示该变量是否能被优化（见下页图）。n 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 0.2 mm(最好取 0.5 mm以上 )。变量设
10、置窗口S参数仿真电路设置n 在原理图设计窗口中选择 S参数仿真的工具栏n 选择 Term 放置在滤波器两边，用来定义端口 1和 2，点击 图标，放置两个地，并按照下页图连接好电路。n 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 )。S参数仿真电路设置（续）优化目标的设置n 在原理图设计窗口中选择优化工具栏n 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化次数。n 常用的优化方法有 Random(随机 )、 Gradient(梯度 )等。n 随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛优化目标的设
11、置（续）n 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。n Expr是优化目标名称，其中 dB(S(2,1)表示以 dB为单位的 S21参数的值。n SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择 SP1n Min和 Max是优化目标的最小与最大值。n Weight是指优化目标的权重。n RangeVar1是优化目标所依赖的变量 ， 这里为频率freq。n RangeMin1和 RangeMax1是上述变量的变化范围。优化目标的设置（续）优化目标的设置（续）n 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 2 dB， 阻带衰减大于 40 dB)， 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 -20 dB)， 具体数值见下页图。n 由于原理图仿真和实际情况会有一定的偏差，在设定优化参数时，可以适当增加通带宽度。对于其它的参数，也可以根据优化的结果进行一定的调整。
