微带低通滤波器的设计与仿真.docx
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微带低通滤波器的设计与仿真
微带低通滤波器的设计与仿真
分类:
电路设计
嘿嘿,学完微波技术与天线,老师要求我们设计一个微带元器件,可以代替实验室里的元器件,小弟不才,只设计了一个低通滤波
器。
现把它放到网上,以供大家参考。
带低通滤波器的设计
一、题目
第三题:
低通滤波器的设计
技术参数:
f<800MHz;通带插入损耗;带外100MHz损耗;特性阻抗Z0=50Ohm。
仿真软件:
HFSS、ADS或IE3D
介质材料:
介电常数汀=2.65板厚1mm
二、设计过程
1、参数确定:
设计一个微带低通滤波器,其技术参数为f<800MHz;通带插入损耗;带外100MHz损耗;特性阻抗Z0=50Ohm
介质材料:
介电常数汀=2.65板厚1mm。
2、设计方法:
用高、底阻抗线实现滤波器的设计,高阻抗线可以等效为串联电感,低阻抗线可以等效为并联电容,计算各阻抗线的
宽度及长度,确保各段长度均小于入/8(入为带内波长)。
3、设计过程:
(1)确定原型滤波器:
选择切比雪夫滤波器,?
s=fs/fc=1.82,?
s-1=0.82及Lr=0.2dB,Ls>=30,查表得N=5,原型滤波器的归
一化元件参数值如下:
g1=g5=1.3394,g2=g4=1.3370,g3=2.1660,gL=1.0000。
该滤波器的电路图如图1所示:
(2)计算各元件的真实值:
终端特性阻抗为Z0=50?
,则有
C1=C5=g1/(2*pi*f0*Z0)=1.3394/(2*3.1416*8*10人8*50)=5.3293pF,
C3=g3/(2*pi*f0*Z0)=2.1660/(2*3.1416*8*10人8*50)=8.6182pF,
L2=L4=Z0*g2/(2*pi*f0)=50*1.3370/(2*3.1416*8*107)=13.2994nH
(3)计算微带低通滤波器的实际尺寸:
设低阻抗(电容)为Z0l=15?
经过计算可得W/d=12.3656,&e=2.443,7贝U
微带宽度W1=W3=W5=W=1.000*12.3656=12.3656mm,
各段长度11=15=Z0l*Vpl*C1=15*3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12
=15.3412mm,
13=Z0l*Vpl*C3=15*3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12
=24.8088mm,
带内波长入=Vpl/f=3*10A11/(sqrt(2.4437)8*10A8)=239.8873mm,入/8=29.9859mm
可知各段均小于入/8符合要求。
设高阻抗(电感)为Z0h=95?
经过计算可得W/d=0.85,&e=2.0402则
微带宽度W2=W4=W=1.0000*0.85=0.85mm,
各段长度l2=l4=Vph*L2/Z0h=29.4031mm,
带内波长入=Vpl/f=3*10A11/(sqrt(2.0402)*8*10A8)=262.5396mm,入/8=32.8175mm
可知各段均小于入/8符合要求。
4)参数修正
经过反复优化与调试,最终确定的低通滤波器的各参数如下:
低阻抗线W1=W3=W5=14.30mm
l1=l5=18.50mm
l3=26.97mm
高阻抗线W2=W4=1.05mm
l2=l4=30.77mm
三、仿真调试与结果
本仿真基于ADS软件,设计中的低通滤波器的电路原理图如图2所示:
按图连线,设置好参数后,运行仿真,得到S(2,1)(dB)关于f(MHz)的曲线图如图3及图4所示:
HZ
.Teim._
Tierml
IhI#
Ninn=1
Z=5DOhm
Subst=BMSub1"w=l05rnrri'卜fL=3077mmTH
S|ibft>=BM6ub11
W-U30mm
L=1ft.50rnm
TL2
Subst="MSubr,
W^1430'mm
■MUN'''
■|_2'■■
Subsi=_MSubr
g05mmL=30T7mm
I
2•••
ISubst="MSubr
W=14.3Dmm
-L=10.5Omm
+IMNU-
■Ai*"
lerm■ferm2■Num=2-
Z=50Ohm
L_26.?
7ii.-n
■'-'・们_-J'■
■MStdbl
..H-LOmfli.
.Er=?
65
Mur=1
Corid=1.OE*fOHu=lUe+Rough=0mm
由图3可以看出,设计的低通滤波器在频率大于1100MHz时,即通带外300MHz处,才使得滤波器的插入损耗L大于20dB,不满
足设计要求。
但由图4可知,通带内损耗小于2dB,符合要求。
plot_vs(dB(S{2J)Xfreq)
freq,GHz
oo
If
20
■
so
■
o
4
一o
50
二L7?
S)8P
plot^vs(dB(S(2t1)Xfreq)
J0
8
o
50
00
4
o
20
5所示:
据此,在电路原理图上设置一个变量控制器以及优化控制器,用以优化滤波器的参数,如图
OptimGoaM
e那尸划b[舵;jy
・SimlnstanceNam^'^PI■>■
Mirt—2
hi■BriI-4hl■i・
Waight=100
RarigeVarfl]=Treqp
rPangeMin[1MH?
■-■
RangeMa)(1j^EOOMHz--
OptimGoal2
'E>pr=l,dB(S(211))\
gimInstariceName="SP1"
'Mlin='
-Ma)t=L20
.WeightsOQ--..
Rar}g.eVar[1]="fre^"
'RangeMin[1|=^QMH2
'RarigeMa)41]=1'5DQMHZ'
GOAL
礙I®丽I「
-C)Mim
.Optin1
OptiniType=RandomMaxlter5=20O
'DesiredError^OD1'
'StatusLeveM'
■Fi^lAnalysi^Alone'■
.Mornri^lizeGaals^no.
SetEi&stValues^yesSeed=
S^veSaEns^yes
'SsveGua'Is-yes'
-SaveOptimV^rs=no
.UpdateDatase1=yes.SaveMomki日匸noSaveAllll已FBticin沪口。
'UseAHOptVars=yes
I1I*il!
I•
圍WR
VAR1■■■■
,7/1=12.3S'(Qjb■
w2-0.35{a)
J1=1534{o}12=2940{□}13=^4.90{□}
通过优化以后,再仿真得到的滤波器特性曲线如图6与7所示:
由图6可以看出,设计的低通滤波器在频率大于900MHz时,即带外100MHz处,滤波器的插入损耗L大于20dB,满足设计要求
plot__vs{dB(S(2,1几freq)
(atisarp
由图7可以看出,设计的低通滤波器在频率小于
760MHz时,滤波器的插入损耗小于2dB,在800MHz处不到6dB,约有40MHz
的误差,基本满足设计要求
plot_vs(dB(S(2,1)),freq)
=lzw)cdp
参数调整好后,导出微带线的版图,如图8所示:
调整好布局,对其进行仿真(注意端口的放置,图中端口1、2分别放在上下两个顶点处),得图9所示特性曲线:
S2
S21
Frequency
20dB,1100MHz以后才有大于
可以看出,该曲线与原理图的仿真相近,只是带外
100MHz(即900MHz~1100MHz)损耗仍旧小于
20dB的损耗,存在约200MHz的偏差。
如需要更加精确的仿真结果,则要重新反复地优化微带的参数。
附1:
Smith圆图
图10
附2:
寄生通带
plot_vs(dB(S(2,1)),freq)
pzcomp
freq,GHz
图ii
如图所示,在高频段会产生一些寄生通带,不知何因?
还请高手不吝赐教!
四、AUTOCAD图
最后导出AUTOCAD图,添加标注,AUTOCAD图如图10所示
图12
这个图拿去做板的话不适用,得自己用autoCAD画出来,并标上尺寸。
如图13所示:
图13