平行耦合微带线带通滤波器的设计.doc

PAGE1 / NUMPAGES8 平行耦合微带线带通滤波器的设计 摘要 本设计分别基于HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件以及ADS（Advanced Design System）软件进行设计仿真的高性能的平行耦合线微带带通滤波器（PCLM_BPF）。滤波电路是一种可通过或阻止某种频率信号的电路，其功能就是让指定频段的信号能顺利地通过，而对其它频段的信号起到衰减作用【1】。PCLM_BPF主要用来截取突出有用频段的号，削弱其余频段的信号或干扰和噪声，以提高信噪比【2】。本次设计的滤波器特性曲线良好，中心频率损耗为-0.25dB，满足设计要求。 【关键词】HFSS ADS 平行耦合线微带带通滤波器 信噪比 一、设计原理 图1为平行耦合线微带带通滤波器的电路结构示意图。它有n个谐振器(对应于滤波器的阶数n)，每个谐振器长为半波长(对应中心频)，由n＋1个平行耦合线节组成，长为四分之一波长(对应中心频率)。 图1 平行耦合线微带带通滤波器的电路结构 平行耦合线微带带通滤波器的设计可分为以下几个步骤进行：?? 第一步：由给定的通带和阻带衰减特性，用低通到带通的频率变换式(1)，选出合适的归一化低通原型，计算出滤波器的阶数，得到归一化低通原型的元件值（这一部分的计算可以查表得之）； 第二步：用网络等效方法，计算各级奇、偶模阻抗；???? 第三步：由各级奇、偶模阻抗，综合出微带线结构尺寸（这一个部分用PUFF实现） 二、计算公式 本文所述的设计方法，用到了最大平坦特性与切比雪夫特性滤波器归一化低通原型的结束及原件值得公式及很多图表。 1、由低通到带通的频率变换 （1） 上式中，在低通原型的频率变量，是低通原型的截止频率，w1 、w2是带通滤波器的带边频率，w是带通滤波器的频率变量，w0是带通滤波器的中心频率，W是带通滤波器的相对带宽，它按下式计算： （2） 2、耦合线节的奇、偶模阻抗 设滤波器的节数为n，归一化低通原型的元件值为，则有以下设计公式： （3） （4） （5） 其中，Y0为传输线特性导纳，J代表导纳导致转换器，其余参数W、同（1），这样，可以得到第J个耦合线节的奇模阻抗（Z00）j和偶模阻抗(Z0e)j分别是 三、滤波器的理论设计 中心频率：2.45GHZ； 带宽BW：100～200MHZ 输入、输出的特性阻抗均为50Ω； 在f=2.15GGHZ上衰减46dB； 选用纹波系数为0.01dB的切比雪夫原型。 设计低通原型 由公式（1）计算的= 6， 则查图表得知阶数n=3，再次查找纹波系数为0.01dB的切比雪夫原型的元件数值表得： 。 计算导纳变换器的归一导纳 。 计算各平行耦合线的奇模和偶模的阻抗 由公式（6）、（7）计算得： 四、仿真结果 1、ADS滤波器S参数的仿真电路图 图2 滤波器S参数的仿真电路图 2、设置S参数仿真的频率范围 图3 设置频率范围 3、滤波器特性曲线如下图4所示。其带宽为190MHZ，中心频率有所偏移，不能达到损耗要求，可通过TURN改进。 图4 未优化的特性曲线 4、随着修正参数的变化，曲线也跟着变化，达到满足要求的值时按一下updata按钮，即得到优化后的结果，如下图5所示。其带宽为190MHZ，中心频率处的衰耗为-0.25dB，满足设计要求。 图5 优化都得特性曲线 5、HFSS软件仿真三维平行耦合线带通滤波器，如下图6所示。 图6 3D平行耦合线带通滤波器 6、设置中心频率1.5GHZ，如下图7所示。 图7 中心频率的设置 7、边界显示设置，由于疏忽多次重复设置导致图8所示结果。 注意：背景被显示为Out边界，理想导体被显示为smetal边界，选择菜单中，View >Visibility来隐藏所有的几何物体，这样就能容易看到边界。 图8 边界显示设置 8、特性曲线图如图9所示，中心频率为1.50GHZ，与设置值基本重合，通带呈对称，带宽为约为1GHZ，衰减特性良好，设计完全满足要求。 图9 特性曲线 五、总结 从ADS最后的仿真结果可以看出仿真结果与理论设计的带宽有一定的误差。分析其误差的原因主要有： 计算滤波器阶数以及切比雪夫原型的元件值所查得图表的误差； 计算归一导纳和奇偶阻抗的数据舍入的误差； 理论计算没有考虑基片的损耗，为ADS软件是一个工程软件，设计模拟过程中考虑了基片的损耗、外界的干扰等各种因素，使得每一节耦合线的Q值降低，一共有4节，从而带宽明显比理论值大，这个是最主要的原因。 相比起ADS的仿真结果，HFSS软件的仿真结果要更准确些，特性曲线良好，中心频率的损耗满足设计要求。 由于ADS主要用来仿真电路，比如微