基于ADS设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器

课程设计说明书题目：基于ADS设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：课程设计说明书第1页共10页基于ADS设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器摘要：用微带或带状线实现低通滤波器的一种相对容易的方法是用很高和很低特征阻抗的传输线交替排列的结构。这种滤波器通常称为阶跃阻抗或高Z-低Z滤波器，由于它结构紧凑且较容易设计，因此是首选设计方法。在设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器时，核心之一是采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线代替串联电感和并联电容。关键词：阶跃阻抗低通滤波器；微带线；定标公式；BasedontheADSdesign2GHZstepimpedancelowpassfilterAbstract:Usingmicrostriporstriplinelowpassfilterisarelativelyeasywaywithhighandlowcharacteristicimpedanceofthetransmissionstructurearrangedalternately.ThisfilterisusuallycalledstepimpedanceisloworhighZ-Zfilter,duetoitscompactstructure,andiseasiertodesign,sodesignmethodispreferred.Indesign2GHZstepimpedancelowpassfilter,oneofthecoreistheimpedanceandfrequencycalibrationformula,withlowimpedanceandhighimpedancelineinsteadofseriesinductanceandtheshuntcapacitance.Keywords:Stepimpedancelowpassfilter;Microstripline.Scalingformula;课程设计说明书第2页共10页学习目的1.学习射频电路的理论知识；2.掌握ADS并可以设计射频电路；3.通过ADS设计阶跃阻抗低通滤波器；学习器件ADS(AdvancedDesignsystem)软件ADS软件介绍ADS全称AdvancedDesignsystem，是Agilent公司2008年推出新版本的EDA软件。ADS经过多年的发展，仿真功能和仿真手法日益完善，最大的特点是集成了从IC级到电路级直至系统级的仿真模板。它内含基于矩量法的电磁仿真模板，ADSMomentum是一种对3D进行简化的2.5D电磁仿真器，非常适合第三维上均匀变化的结构仿真，如PCB板级设计、无源板级器件设计等。其仿真速度极快，同时保证和主流3D电磁仿真软件相当的精度。此外Agilent公司和多家半导体厂商合作建立ADSDesignKit及ModelFile供设计人员使用。使用者可以利用DesignKit及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估，及MMIC/RFIC、模拟与数字电路设计。除上述仿真设计功能外，ADS软件也提供辅助设计功能，如DesignGuide是以范例及指令方式示范电路或系统的设计流程，而SimulationWizard是以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能提供与其他EDA软件，如SPICE、MentorGraphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的Matlab等做协仿真（Co-Simulation），加上丰富的元件应用模型Library及测量/验证仪器间的连接功能，将能增加电路与系统设计的方便性、速度与精确性。低通原型滤波器设计1.滤波器的设计步骤：1）根据设计要求确定低通原型的元器件值。课程设计说明书第3页共10页2）采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线段代替串联电感和并联电容。3）根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算。2.先计算：5.013/41wWc对于n=0.5时，LA20dB，故最大平坦滤波器级数n=0.5。滤波器原理图设计1.设计原理图（1）打开ADS2008时，执行【File】→【OpenProject】，打开“Step_Filter”工程。（2）在“Step_Filter”工程中创建一个名为“Step_im_filter”的原理图。（3）选择“Tline-Microstrip”元器件面板列表，并选择8个微带线添加到原理图中，按照图1所示方式连接起来。图2滤波器原理图课程设计说明书第4页共10页这样就完成了滤波器原理图基本结构，为了达到设计性能，还必须对滤波器中微带电路的电气参数和尺寸进行设计。2.电路参数设计（1）在“Tline-Microstrip”元器件面板中选择微带参数设计控件MSUB添加到原理图中。（2）双击MSUB控件，将基片参数按照图2进行设置。图2MSUB控件设置在原理图设计窗口中执行菜单命令【Tool】→【LineCalc】→【StartLineCalc】,打开LineCalc工具。对元器件参数的设置①根据题目要求，这里Fred=2GHz，表示微带线工作频率为2GHz。②Wall1=默认值，表示条带H的边缘到第一侧壁的距离，默认值为1.0e+30mil课程设计说明书第5页共10页③Wall2=默认值，表示条带H的边缘到第二侧壁的距离，默认值为1.0e+30mil（3）参数显示窗口参数显示窗口包含了物理尺寸参数设置栏和电尺寸参数设置栏。如下图所示。在电尺寸参数设置栏设置如下：①Z0=50Ohm，表示微带阻抗为50Ohm②E_Eff=90deg,表示微带线的电长度为90deg③W=3.087mm，表示微带线金属片的宽度为3.087mm④L=16.689mm，表示微带线长度为16.689mm低通滤波器原型电路参数结果见下表1表1各指节的长度和宽度（4）微带线的长L、宽W是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量替换，便于后面修改和优化。8段微带线参数按照图4所示进行设置，如下图所示。课程设计说明书第6页共10页图4完成参数设置的电路原理图（5）添加变量控件VAR到原理图中。（6）双击变量控件VAR，弹出变量设置对话框，如图5所示，在该对话框中进行相关变量设置，如下图所示。课程设计说明书第7页共10页图5变量设置对话框单击【Tune/Opt…】按钮打开参数优化对话框设置变量的取值范围，选择“Optimation”标签页。其中，“Enable/Disable”表示该变量能否被优化，“MinimumValue”表示可以优化的最小值，“MaximumValue”表示可以优化的最大值。（7）对微带滤波器中微带线的变量进行取值以及优化。（8）单击【OK】按钮完成设置。这样，一个完整的微带低通滤波器的电路就完成了，如图6所示。图6完成电路参数设置的原理图滤波器原理图仿真（1）单击工具栏中的仿真按钮执行仿真，并等待仿真结束。课程设计说明书第8页共10页（2）仿真结束后，弹出显示窗口。首先在数据窗口中添加S21参数的矩形图，并在图中插入标记。（3）在数据显示窗口中添加S11参数的矩形图，插入标记。如图7所示，即为滤波器S21和S11参数曲线图。图7滤波器的S21和S11参数曲线总结通过对ADS的学习，我对滤波器的设计有了更深的认识，尤其是对具体不同类型的滤波器的工作原理以及各种滤波器器件的设计有深入了解。此外，通过对实际所要求的滤波器的设计，增加了我的的实际动手能力，通过本次课程设计说明书第9页共10页ADS射频滤波器的设计也培养了自己的自学能力。总而言之，通过本次的实习，受益匪浅。今后我要增强这方面的锻炼，将课本中所学的知识转化为实践。参考文献[1]徐兴福.《ADS2008射频电路设计与仿真》.电子工业出版社.2010.9[2]殷际杰.《微波技术与天线》.电子工业出版社.2009.1[3]陈艳华.《ADS应用详解--射频电路设计与仿真》.人民邮电出版社，2008.9[4]刘长军.《射频通信电路设计》.北京：科学出版社，2005.9