实验3微带低通滤波器

EDA实验报告学院：电子工程学院专业：电子与通信工程班级：158班学生姓名：王雷学生学号：1502121240实验3微带低通滤波器一、设计要求设计一个切比雪夫式微带低通滤波器，技术指标为：截止频率2.2cfGHZ，在通带内最大波纹0.2ArLdB，11S小于-16dB；在阻带频率4sfGHZ处，阻带衰减AsL不小于30dB。输入，输出端特性阻抗050Z。用微带线结构实现，基片厚度H=800um，T=10um，相对介电常数9.0r；高阻抗线特性阻抗0106hZ，高阻抗线010lZ。设计一种低通滤波器电路，先用集总参数元件实现，进行仿真，然后进行调节，得到目标测量值。然后再通过换算，用微带线电路来实现，同样还需要经过调节，得到目标测量值。指标要求为：2.2fGHZ时，1116SdB，210.2SdB；4fGHZ时，2130SdB。测量参数：在频率1~5GHZ的条件下11S和21S的值。二、实验仪器硬件：PC机软件：MicrowaveOffice软件三、设计步骤1.原型滤波器设计设计一个原型滤波器，设置的的频率为1~5GHZ，电路图如下；对原型滤波器进行仿真，可以得到其如下图的测量结果：原型滤波器的仿真结果然后设置优化目标：2.2fGHZ时，1116SdB，210.2SdB；4fGHZ时，2130SdB。设置优化参数，选取所有变量，执行优化。优化完成后，优化后的参数如下表：CAPQID=C1C=CapFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0INDQID=L1L=L0nHQ=Q_v2FQ=FQ_v1GHzALPH=0CAPQID=C2C=CbpFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0INDQID=L2L=L0nHQ=Q_v2FQ=FQ_v1GHzALPH=0CAPQID=C3C=CapFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0PORTP=1Z=50OhmPORTP=2Z=50OhmCa=1.938Cb=3.134Q_v1=1000FQ_v1=0.1Q_v2=100L0=4.836LumpedElementFilterLumpedLPFChebyshev(0.2dBripple)Degree=5Fp=2200MHz12345Frequency(GHz)iFilterILRL-80-60-40-200InsertionLoss-40-30-20-100ReturnLossDB(|S(2,1)|)(L)iFilterDB(|S(1,1)|)(R)iFilter元件IDC1(pF)C2(pF)C3(pF)L1(nH)L2(nH)元件变量CaCbCaL0L0优化值1.7192.9581.7194.6964.6962.滤波器物理尺寸计算（微带线结构）（1）高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。利用AWR软件自带的TXLine。已知条件：9.0r，01.1fGHZ，H=800um，T=10um，阻抗0106hZ，计算得W，re；再计算高阻抗线的长度：9141200010310106LLphhreLLllumZ（2）低阻抗线先计算低阻抗线的宽度。利用AWR软件自带的TXLine。已知条件：9.0r，01.1fGHZ，H=800um，T=10um，阻抗010hZ，计算得W，re；再计算高阻抗线的长度：14121303101010CClplrellZCaCaum1412203101010ClplrelZCbCbum将所有计算结果填入下表：参数W(um)re1,2LLll(um)1,3CCll(um)2Cl(um)高阻抗线92.41995.376075732.06﹨﹨低阻抗线8429.867.83071﹨1842.883171.163.完成电路图，测量各特性指标绘制实际物理结构的的低通滤波器原型微带线结构在测量项中添加11S和21S（单位dB）所得到的测量图如下：可以看出与用原型滤波器的仿真目标还是有差距，需要优化，优化目标与前面的优化目标一致，优化参数选取各个高低阻抗线的长度。MLINID=TL1W=8430umL=1843umMLINID=TL2W=92.42umL=5732umMLINID=TL3W=8430umL=3171umMLINID=TL4W=92.42umL=5732umMLINID=TL5W=8430umL=1843umMSUBEr=9H=800umT=10umRho=1Tand=0ErNom=12.9Name=SUB1PORTP=1Z=50OhmPORTP=2Z=50Ohm12345Frequency(GHz)micro1-50-40-30-20-1001GHz-15.32dB4GHz-27.4dB2.2GHz-0.5077dBDB(|S(1,1)|)MicostripDB(|S(2,1)|)Micostrip在优化完成后，分别进行微带线的二维布线和三维布线二维布线图三维布线图四、数据记录及分析原型滤波器电路图按照书上的优化优化目标为：2.2fGHZ时，1116SdB，210.2SdB；4fGHZ时，2130SdB。初次优化结果可看出优化目标与实验要求不符，重新编辑设置优化目标CAPQID=C1C=CapFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0INDQID=L1L=L0nHQ=Q_v2FQ=FQ_v1GHzALPH=0CAPQID=C2C=CbpFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0INDQID=L2L=L0nHQ=Q_v2FQ=FQ_v1GHzALPH=0CAPQID=C3C=CapFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0PORTP=1Z=50OhmPORTP=2Z=50OhmCa=1.719Cb=3.015Q_v1=1000FQ_v1=0.1Q_v2=100L0=4.696LumpedElementFilterLumpedLPFChebyshev(0.2dBripple)Degree=5Fp=2200MHz12345Frequency(GHz)iFilterILRL-80-60-40-200InsertionLoss-40-30-20-100ReturnLoss4GHz-29.92dB2.2GHz-0.3846dBDB(|S(2,1)|)(L)iFilterDB(|S(1,1)|)(R)iFilter重新设置后的优化目标为：f2.2GHz，S(1，1)-16dB，S(2，1)-0.35dBf4GHz，S(2，1)-29.50dB重新设置参数后的优化电路图再次的优化结果从以上优化过程可以看出，自己重新设置后的优化目标与书本给出的优化目标有了一定程度的恶化，但都控制在0.5dB的范围内，基本满足要求。CAPQID=C1C=CapFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0INDQID=L1L=L0nHQ=Q_v2FQ=FQ_v1GHzALPH=0CAPQID=C2C=CbpFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0INDQID=L2L=L0nHQ=Q_v2FQ=FQ_v1GHzALPH=0CAPQID=C3C=CapFQ=Q_v1FQ=FQ_v1GHzALPH=0PORTP=1Z=50OhmPORTP=2Z=50OhmCa=1.719Cb=2.958Q_v1=1000FQ_v1=0.1Q_v2=100L0=4.696LumpedElementFilterLumpedLPFChebyshev(0.2dBripple)Degree=5Fp=2200MHz12345Frequency(GHz)iFilterILRL-80-60-40-200InsertionLoss-40-30-20-100ReturnLoss4GHz-29.69dB2.2GHz-0.3433dBDB(|S(2,1)|)(L)iFilterDB(|S(1,1)|)(R)iFilter原型微带线结构仿真结果图可以看出与用原型滤波器的仿真目标还是有差距，需要优化，优化目标与前面的优化目标一致，优化参数选取各个高低阻抗线的长度。MLINID=TL1W=8430umL=1843umMLINID=TL2W=92.42umL=5732umMLINID=TL3W=8430umL=3171umMLINID=TL4W=92.42umL=5732umMLINID=TL5W=8430umL=1843umMSUBEr=9H=800umT=10umRho=1Tand=0ErNom=12.9Name=SUB1PORTP=1Z=50OhmPORTP=2Z=50Ohm12345Frequency(GHz)micro1-50-40-30-20-1001GHz-15.32dB4GHz-27.4dB2.2GHz-0.5077dBDB(|S(1,1)|)MicostripDB(|S(2,1)|)Micostrip执行该上述原理图优化后的测量图有测量图可看出，不满足优化指标，得重新设置选取优化参数，把微带线的五段线的长度都设置为优化参数，进行优化，得到如下仿真结果图：由上述测量图可看出，还是达不到性能指标要求，那也就只能修改优化目标：12345Frequency(GHz)micro1-50-40-30-20-1001GHz-15.2dB4GHz-28.16dB2.2GHz-0.4893dBDB(|S(1,1)|)MicostripDB(|S(2,1)|)Micostrip12345Frequency(GHz)micro1-50-40-30-20-1001GHz-15.17dB4GHz-28.17dB2.2GHz-0.4907dBDB(|S(1,1)|)MicostripDB(|S(2,1)|)Micostripf2.2GHz，S(1，1)-15.2dB，S(2，1)-0.5dBf4GHz，S(2，1)-28.50dB优化参数还是不变，再次优化由上述测量图可看出基本符合预定的优化目标，稍有偏差。这也说明微带原理图与原型滤波器原理图的性能相比要差一点，指标有一定程度的恶化。通过对前述原型滤波器喝微带滤波器的优化与测量结果总结可知，两种电路的优化结果相比书上原始要求的优化目标都不大理想，原型滤波器电路图的优化指标要比原始要求要差一点，而微带滤波器的最终优化性能比原型滤波器又要差一点，但误差都在1dB的范围内，基本符合设计要求。不理想的原因在于实际电路图相对于理想电路图的性能要差一点，而使用具有分布参数的微带滤波器比使用集总参数的原型滤波器的性能又会差一点。对于这种不理想的结果，我们可以重新调整优化目标，在原有的指标下稍微放宽一点要求，使之在新的优化目标下符合要求，符合实际需要。12345Frequency(GHz)micro1-40-30-20-1001GHz-15.06dB4GHz-28.21dB2.2GHz-0.4638dBDB(|S(1,1)|)MicostripDB(|S(2,1)|)Micostrip