专业课程设计基于ADS的微带滤波器设计.doc

课程设计

报告

题 目：基于ADS微带滤波器设计
姓 名：
学 号：
班 级： 电子101
专 业： 电子信息工程
指引教师：
提交时间： -01-05

1.绪论
咱们运用微波滤波器只让频率对的信号通过阻碍频率不同信号特性来区别信号。滤波器性能对微波电路系统性能指标有很大影响，因而设计微波电路系统时设计出具备高性能滤波器很重要。微带电路在微波电路系统应用广泛路。具备个体，质量轻、频带分布宽等特点，其中用微带做滤波器是其重要应用之一，微带滤波器当中最基本滤波器是微带低通滤波器，而别滤波器可以通过低通滤波器为原型转化过来。其中最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种惯用低通滤波器原型。因而本节将重点研究如何 设计并优化微带滤波器
1.1 微带滤波器简介
滤波器是一种二端口网络，对频率适合信号进行传播，对频率不匹配信号进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤。典型频率响应涉及低通、高通、带通、带阻衰减。如图1-1所示.
还可以从不同角度对滤波器进行分类：
(1)按功能分，低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器，可调滤波器。
(2)按用元件分，集总参数滤波器，分布参数滤波器，无源滤波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面波滤波器，等。

1.2微带滤波器重要参数
　（1）中心频率：普通取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。
　（2）　截止频率：指低通滤波器通带右边频点及高通滤波器通带左边频点。普通以1dB或3dB相对损耗点来原则定义。
　（3）　通带带宽：指需要通过频谱宽度，BWxdB=（f2-f1）。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处相应左、右边频点。通惯用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。分数带宽=BW3dB/f0×100%，
（4）纹波：指1dB或3dB带宽（截止频率）范畴内，插损随频率在损耗均值曲线基本上波动峰-峰值。
　（5）　带内波动：通带内插入损耗随频率变化量。1dB带宽内带内波动是1dB。
　（6）带内驻波比：衡量滤波器通带内信号与否良好匹配传播一项重要指标。抱负匹配VSWR=1：1，失配时VSWR＞1。对于一种实际滤波器而言，满足VSWR＜1.5：1带宽普通不大于BW3dB，其占BW3dB比例与滤波器阶数和插损有关。
　（7）　回波损耗：端口信号输入功率与反射功率之比分贝（dB）数，也等于|20Log10ρ|，ρ为电压反射系数。输入功率被端口所有吸取时回波损耗为无穷大。
　（8）　阻带抑制度：衡量滤波器选取性能好坏重要指标。该指标越高阐明对带外干扰信号抑制越好。
2. ADS
2.1 ADS简介
 ADS – 全名Advanced Design System，由安捷伦推出，是当今业界最流行微波射频电路、通信系统、RFIC设计软件；也是国内高校、科研院所使用最多软件。可以实现涉及时域和频域、数字与模仿、线性与非线性、噪声等各种仿真分析。并进行成品率分析与优化，提高了电路设计效率，是一款好用微波射频电路、系统信号链路设计工具。
2.2 ADS仿真功能
ADS有着非常强大仿真能力，可以进直交流仿真，s参数仿真，谐波平衡增益压缩电路包络预算电磁仿真等，这些仿真可以进行现行非线性仿真，电路仿真，频域时域仿真等。
1线性分析
线性分析可以对线性非线性电路进行线性分析，重要是对频域、小信号电路进行仿真分析。
2高频spice瞬态分析
高频spice瞬态分析分析电路瞬间响应属于时域仿真分析。
3电路包络分析
电路包络分析可以将高频调制信号分解为时域和频域两个某些进行解决。
4谐波平衡和增益压缩分析
谐波平衡和增益压缩分析是频域打信号非线性稳态电路仿真分析办法。
3. 基于ADS微带滤波器设计
3.1微带滤波器设计规定
本小节设计一种微带低通滤波器，滤波器指标如下：
输入、输出阻抗为50欧姆；截止频率为3Ghz；纹波为0.5dB；4.5Ghz时损耗不不大于25 dB；Vp=0.6C。
3.2 滤波器仿真设计
新建工程，选取【File】→【New Project】，系统浮现新建工程对话框。在name栏中输入工程名，并在Project Technology Files栏中选取ADS Standard：Length unit——millimet，默认单位为mm，如图2所示。单击ok，完毕新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。

图1
点击ok后显示如图3所示。其中有三种方式供选取，咱们本次不需要此种办法，故点击cancel，直接取消。

图2
由于ADS软件自带许多功能，其中涉及滤波器设计向导。咱们可以通过其直接完毕该课题设计。
点击DesignGuide，在下拉框中选取Filter选项，在弹出对话框中选取第一项，既Filter Control Window…，弹出滤波器设计向导

图3

点击工具栏中最右边，弹出Filter DG–All，或者直接在元件库中选取Filter DG–All进入即可，咱们设计是低通滤波器，既选取即可，将选中后可双击编辑各种技术规定。或从新进入滤波器再设计向导中选取Filter Assistant，从中编辑各个技术规定。（图5）。

图4

在Filter Assistant中选取Design，既完毕了集成器件低通滤波器。然后选取Simulation Assistant中设立频率，然后点击仿真。观测S21仿真图。如图。

图5

由图可知，设计可以满足该课题技术规定。故只需将其通过Richards转换变为无源器件即可。
3.3 Richards转换
Richards转换是将一段开路或短路传播线等效分布电感或电容元器件理论，即将串联电感等效为一段短路短截线，将并联电容等效为一段并联短截线。但实际微带电路设计中串联短路短截线是无法实现。Kuroda等效给出了并联短截线和一段传播线与及串联短截线和一段传播线两种电路之间一种转换办法。
在滤波器向导对话框中选取按钮，弹出Transformation Assistant对话框，直接选取“LC to Microstrip”选项，单击集总器件选中串联电感，将会浮现图7所示电感转换界面。

图 6
将串联电感转换成125 Ohm高阻抗微带线，其中h=30 mil，Er=3
同理将并联电容C进行转换。

将并联电容转换为25 Ohm低阻抗微带线，从而实现高低阻抗实现低通滤波器。
转换完毕后，点击，成果图如下。

3.4 分布元件仿真
一方面选取，在其中找到两个端口并放置在图中连线接地，再添加仿真模型，双击，设立不但频率，如下图

连接好电路如下：

点击工具栏进行仿真，成果图如下：

对比两次成果图与课设规定可知满足规定。
3.5 制版图
在ADS制版图中，需要将两个端口失效，故点击窗口上，再点击Term，使其失效。然后执行Layout Generate/Update Layout，将弹出 Generate/Update Layout 对话框，如下图，咱们选取默认设立。

完毕后版图如下

版图生成后对微带和基板参数进行设立，执行Momentum Substrate Create/Modify，将基板进行如下设立。

配备完毕后，仿真成果如下。

4心得体会
四个星期课程设计终于完了，本次课程设计让我感触诸多，不但仅是知识上学习和掌握，同步也让我明白了诸多做人道理。
在开始阶段，教师让咱们理解某些基本知识，当自己照着学习指引上内容完毕了一种课题时那种心情很棒，在背面时间里教师让咱们自己设计一种课程项目时，我觉得自己没有尽自己最大努力去设计课程项目，诸多时候自己去玩了。如果时间可以重来，我也许会认真去学习和研究，我相信无论是谁看到自己做出成果时心里一定会很兴奋。本次实验让我明白了一种很深刻道理：团队精神固然很重要，但是人往往还是要靠自己努力，自己亲身去经历，学到东西才会更多。
尽管如此，这四周时间里我还是学到了诸多知识，我所做课题是基于ADS低通滤波器设计。通过这些我理解了基本ADC应用，对电子设计过程有了初步理解，同步也学会了某些ADC软件仿真办法，这些对我将来学习和工作均有很大协助。
这次课程设计是一种理论与实践结合过程，让我明白理论知识往往是不够，只有把所学理论与实际行动相结合，才会提高自己综合实际能力和独立思考能力。在设计过程中咱们都会遇到诸多问题，但往往是一种小问题都会导致实验失败，这就要咱们花大量时间去思考和改正，这是一种很艰辛过程，但同步也是你收获最大过程。
实验往往是一种苦中有乐过程，我但愿在后来实验学习中自己能独立思考，同步也要认真去完毕，这样既能学到知识，也能让自己实践操作得到锻炼。
我要感谢我同窗，她们帮我学到了诸多，同步也付出了诸多，也感谢教师细心指引，让咱们顺利完毕了课程设计。

参照文献
1,、ADS射频电路设计与仿真实例 徐兴福 电子工业出版社。