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实验2滤波器S参数仿真和优化SchoolofElectronicEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaS参数仿真和优化实验目的：1.了解微波滤波器的技术指标和设计方法；2.掌握使用ADS软件进行微波无源电路的设计、仿真和优化。实验内容：2.1滤波器的设计与仿真2.2滤波器S参数的优化2.3利用设计向导设计滤波器2.1滤波器的设计与仿真1.微波滤波器的技术指标频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限。通带衰减：滤波器残余的反射及元件引起的损耗。阻带衰减：决定了滤波器的性能和种类。寄生通带：分布参数传输线段频响特性的周期性引起。群时延特性：当滤波器作为延时网络时必须考虑。2.滤波器的设计步骤简介滤波器的设计步骤简介：①确定指标。②选择结构，包括物理结构和电路结构。③电路的仿真设计。④三维仿真设计（腔体滤波器）。⑤参数优化。⑥绘制加工图形文件。3.低通（带通）滤波器的仿真低通（或带通）滤波器的仿真步骤：①创建项目。②创建低通（或带通）滤波器电路图。③设置S参数仿真器。④对S参数进行仿真，并将测试结果以图形和数据两种方式显示，在曲线上增加光标，要求光标位置显示技术指标要求的频率处。⑤生成布局图。⑥学习使用参数调谐功能，实时观察仿真结果。了解某一参数变化时对仿真结果的影响。设计指标通带频率范围：3.0-3.1GHz；通带内衰减：2dB，起伏1dB；阻带衰减：2.8G以下以及3.3GHz以上衰减：40dB；端口反射系数：-20dB。微带带通滤波器的设计微带带通滤波器的设计在进行设计时，主要是利用滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21（S12）是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21（S12）随频率变化的曲线的形状上。S11（S22）参数是输入输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。如果反射系数过大就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。生成滤波器的原理图在原理图设计窗口中选择微带电路工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏中点击选择耦合线Mcfil，并在右侧的绘图区放置。选择微带线MLIN以及控件MSUB分别放置在绘图区域中选择画线工具将电路连接好，连接方式见下页图。生成滤波器的原理图设置微带电路的基本参数上页图中五个Mcfil表示滤波器的五个耦合线节，两个MLIN表示滤波器两端的引出线。双击图上的控件MSUB设置微带线参数H：基板厚度（0.8mm）Er:基板相对介电常数（4.3）Mur：磁导率（1）Cond：金属电导率（5.88E+7）Hu：封装高度（1.0e+033）T：金属层厚度（0.03mm）TanD：损耗角正切（1e-4）Rough：表面粗糙度（0mm）设置微带器件的参数双击两端的引出线TL1、TL2，分别将其宽长设置为1.52mm和2.5mm（其中线长只是暂定，以后制作版图时还需要修改）。平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以耦合线节1、5及2、4的参数是相同的。耦合线节的这些参数是滤波器设计和优化的主要参数，所以要用变量代替以便后面修改和优化。双击每个耦合线设置参数，W、L、S分别设为相应的变量，单位为mm,其中W1、W2表示该器件左右相邻两侧的微带器件的线宽，在设置W1、W2时为了让它们显示在原理图上，要把Displayparameteronschematic的选项勾上。设置微带器件参数后的原理图微带带通滤波器的理论依据下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长（对中心频率而言），构成谐振电路。等效电路2.2滤波器S参数的优化低通（带通）滤波器的优化步骤：①在电路图中添加优化器和优化目标②采用不同的优化方法对电路进行优化，并观察S参数的变化，判断其是否达到优化目标。③比较不同优化方法的优化效果。④对优化后的电路结果进行更新显示。⑤选择较好的一个仿真结果，保存电路图，并生成布局图。⑥使用ADS中自带的设计向导功能，输入相同的技术指标，比较其仿真结果与自己仿真结果的区别。优化变量的设置设置好优化变量w1的值,其余的优化变量设置方式相同优化变量的设置S参数仿真电路设置优化目标的设置优化后的仿真曲线板图仿真窗口软件仿真注意事项要有好的软件设计习惯各种文件的命名电路的布局以及参数的设置和选择要有合理的设计顺序2.3使用设计向导设计滤波器在原理图设计窗口执行菜单命DesignGuide→PassiveCircuit，在弹出的对话框中选择ControlWindow如下图所示:使用设计向导设计滤波器点选对话框中左侧会出现右图所示工具栏。点击CLFltr模型以及MSUB放置在绘图区域中,并对其进行参数的设定。从对话框SmartComponent中选择添加的模型，点击Design进行自动设计。滤波器子电路如上图所示，设计出子电路后，再通过向导进行仿真优化可以很快设计出电路。仿真结果软件仿真注意事项物理概念要明确，不要在无意义的地方花时间比如：按照加工精度，有些线条太细是不能实现的，另外追求小数点后面N位的精确也是无聊的。注意仿真中使用模型的适用范围，例如：微带线仿真的时候，注意要LW，软件中的模型才是对的。等等。软件仿真注意事项注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路要按照先局部后整体的优化，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设置优化元件的初值。要注意仿真的数值稳定性，对于对参数以来敏感的仿真结果在最后制作的时候是很难实现的。适当的时候需要考虑改系统拓扑。布板时要考虑临近相关电路的影响，注意滤波、接地和外电路设计中要满足电磁兼容设计原则。养成不明白就多看看帮助文件的习惯