ADS实验教程作业2

Homework1)Redotheexample,butthecutofffrequencyandstopbandfrequencychangeto75+0.7=75.7MHzand100+0.7=100.7MHz,respectively,andcalculateitsfrequencyrespondingcurvebyusingABCDmatrix.解：一.最平坦响应低通滤波器(1)根据公式100.71.3375.7cww，以及题目要求在100.7MHz处衰减20dB，查表可得满足此要求的最平坦响应低通滤波器的阶数为N=8.(2)最大平滑原型低通滤波器的参数为Ng1g2g3g4g5g6g7g8g980.39021.1111.6631.9621.9621.6631.1110.39021.000(3)选用电容输入型电路，经过阻抗和频率变换后的实际电感电容值为：C1L2C3L4C5L6C7L816.42p116.8n69.96p206.4n82.54p174.9n46.74p41.04n用ADS得到以下仿真模型及结果：从上图可以看出在100MHz处没有达到20dB的衰减，应该是由阶数N的选取不当导致的，故使N=9重新做最大平滑原型低通滤波器的参数为：g1g2g3g4g5g6g7g8g9g100.347311.53211.879421.87941.532110.34731选用电容输入型电路，经过阻抗和频率变换后的实际电感电容值为：C1L2C3L4C5L6C7L8C914.75p106.2n65.06p199.5n84.93p199.5n65.06p106.2n14.75p用ADS得到以下仿真模型及结果：用MATLAB编程画出幅频响应图，程序和结果如下：closeallclearallZ0=50C1=14.75*10^(-12);L2=106.2*10^(-9);C3=65.06*10^(-12);L4=199.5*10^(-9);C5=84.93*10^(-12);L6=199.5*10^(-9);C7=65.06*10^(-12);L8=106.2*10^(-9);C9=14.75*10^(-12);h=zeros(1,500);c=1000000;fori=1:1:501f=0.2*i;A1=[10;j*2*pi*f*C1*c1];A2=[1j*2*pi*f*L2*c;01];A3=[10;j*2*pi*f*C3*c1];A4=[1j*2*pi*f*L4*c;01];A5=[10;j*2*pi*f*C5*c1];A6=[1j*2*pi*f*L6*c;01];A7=[10;j*2*pi*f*C7*c1];A8=[1j*2*pi*f*L8*c;01];A9=[10;j*2*pi*f*C9*c1];A=A1*A2*A3*A4*A5*A6*A7*A8*A9;S=ABCD_to_S(A,Z0);h(i)=20*log10(abs(S(2,1)));endf=0:0.2:100;plot(f,h)gridonxlabel('频率(MHz)');ylabel('衰减(dB)');以上程序的运行借用了老师给的函数ABCD_to_S.m0102030405060708090100-25-20-15-10-50频率(MHz)衰减（dB)二．用同样的方法得到1dB等波纹原型低通滤波器的ADS仿真模型以及结果如下：三．同理可得9阶线性相移低通滤波器的ADS仿真模型以及结果：2)DesignaLC0.1dBrippleellipticfunctionLPF(Zo=50ohm)with75+0.7=75.7MHzcutofffrequencyandatleast35dBattenuationat98+0.7=98.7MHz.andcalculateitsfrequencyrespondingcurvebyusingABCDmatrix解：根据课本P43页提供的N=5时椭圆函数低通原型滤波器的表格可知98.71.3041.30975.7，故可以用第一行的数据计算：用公式C*50C=,50*ccLLww’可以得到实际的LC的值，如下：c1c2L2c3c4L4c541.10pF9.676pF119.8nH62.69pF31.22pF74.04nH29.49pF用ADS得到以下仿真模型及结果：1020304050607080900100-30-25-20-15-10-5-350freq,MHzdB(S(2,1))1020304050607080900100-150-100-50050100150-200200freq,MHzphase(S(2,1))从上图可以看出在98.7MHz处并没有达到35dB的衰减，理论上是可以达到的，可能由于计算参数时四舍五入使得LC的值不够准确导致的。用MATLAB编程得到频响与相响程序以及结果如下：closeallclearallZ0=50C1=41.10*10^(-12);C2=9.676*10^(-12);L2=119.8*10^(-9);C3=62.60*10^(-12);C4=31.22*10^(-12);L4=74.04*10^(-9);C5=29.49*10^(-12);h=zeros(1,500);p=zeros(1,500);c=1000000;fori=1:1:501f=0.2*i;A1=[10;j*2*pi*f*C1*c1];A2=[11/(1/(j*2*pi*f*L2*c)+j*2*pi*f*C2*c);01];A3=[10;j*2*pi*f*C3*c1];A4=[11/(1/(j*2*pi*f*L4*c)+j*2*pi*f*C4*c);01];A5=[10;j*2*pi*f*C5*c1];A=A1*A2*A3*A4*A5;S=ABCD_to_S(A,Z0);h(i)=20*log10(abs(S(2,1)));p(i)=angle(S(2,1));endf=0:0.2:100;plot(f,h)gridonxlabel('频率(MHz)');ylabel('衰减(dB)');figure(2)plot(f,p)gridonxlabel('频率(MHz)');ylabel('phase(S(21))');0102030405060708090100-35-30-25-20-15-10-50频率(MHz)衰减（dB)0102030405060708090100-4-3-2-101234频率(MHz)phase(S(21))由上图比较可以看出和用ADS做出来的图形是一样的。注：椭圆函数滤波器频率取值大一点以看到阻带内的波纹。0.在微带基板上设计一个巴特沃斯低通滤波器，其截止频率为1.665GHz，在2倍截止频率处的衰减大于20dB。微带基板参数εr=4.2,h=1.45mm,t=0.035mm；要求用matlab计算及ads仿真两种方式给出频率响应。并比较分布参数与集总参数响应，说明其不同的理由.解：步骤1.根据频点2处衰减大于20dB，查表可知滤波器阶数为N=4；;7654.04;848.13;848.12;7654.01gggg步骤2.由Richards变换将原滤波器中的电容电感用80传输线代替，然后根据Kuroda规则将串联传输线等效为并联传输线；得到电路的拓扑结构如下：3065.24;848.13;5353.02;7655.21zzzz；7654.13;2816.22;5664.11ZueZueZue；步骤3.将上一步中的阻抗进行反归一化，并根据微带参数确定实际倒带的宽度和长度。Z1Zue1Z2Zue2Z3Zue3Z4特性阻抗138.27578.3226.765114.0892.488.27115.325宽度0.188111.20477.23020.414650.798010.900.39898长度13.48512.92111.92313.29713.0813.03713.307步骤4.用ADS进行仿真。rG=1L2=1.848C1=0.7654rL=1L4=0.7654~C3=1.848~rL=1rG=1ZUE2ZUE3ZUE1Z3Z2Z4Z1上图分别为ADS仿真的滤波器幅度响应和相位响应，由此可以看出设计基本满足要求。用matlab仿真结果如下（程序见附件）：012345678910-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100频率(Hz)S21,dB012345678910-35-30-25-20-15-10-50频率(Hz)相位(rad)同样用集总参数器件设计该滤波器，用matlab对所用集总参数电路进行仿真，画出频率响应图如下：012345678910x109-70-60-50-40-30-20-100频率(Hz)S21,dB012345678910x109-6-5-4-3-2-10频率(Hz)相位(rad)比较分析：集总参数电路和分布参数电路的频率响应，由于Richards变换的周期性)4tan(jS可知分布参数的传输线将集总参数的器件在],0[频率变化映射到]2,0[0f，故分布参数低通滤波器会在]2,0[0f范围内为正常低通，而]4,2[00ff是以03f为截止频率的高通滤波器。频率再升高是，以04f为周期重复]4,0[0f区间的响应。而集总参数则没有周期性，只是在相应的频带内满足要求，阻带宽度为],2[0f。另外：无论是用ADS或matlab仿真可以看出，分布参数器件在阻带范围内的滤波器衰减比集总参数的要大很多，本题中分布参数在阻带衰减可达-200dB，而集总参数的阻带衰减是-20dB。这是因为本身分布参数器件的设计是从集总参数电路中经过变换得到的，而变换只是保证了截止频率点不变，使得阻带截止频率的衰减更大。附件1：%巴特沃思低通滤波器微带实现clc;clear;closeall;%参数N=4;%阶数z0=50;%输入输出特性阻抗z1=2.7655;zue1=1.5664;z2=0.5353;zue2=2.2816;z3=1.848;zue3=1.7654;z4=2.3065;%-----------------------------symsf;f0=1.665;%截止频率，单位GHztheta=pi*f/(4*f0);TH=tan(theta);%ABCD矩阵a1=[1,0;j*TH/(z1*z0),1];a2=[1,0;j*TH/(z2*z0),1];a3=[1,0;j*TH/(z3*z0),1];a4=[1,0;j*TH/(z4*z0),1];b1=[cos(theta),j*zue1*z0*sin(theta);j*sin(theta)/(zue1*z0),cos(theta)];b2=[cos(theta),j*zue2*z0*sin(theta);j*sin(theta)/(zue2*z0),cos(theta)];b3=[cos(theta),j*zue3*z0*sin(theta);j*sin(theta)/(zue3*z0),cos(theta)];A=a1*b1*a2*b2*a3*b3*a4;S21=2/(A(1,1)+A(1,2)/z0+A(2,1)*z0+A(2,2));simplify(S21);%画图w=0:0.001:10;S21=subs(S21,f,w);figure(1);plot(w,20*log10(abs(S21)));gridon;axis([0,10,-100,0]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('S21,dB');figure(2);plot(w,unwrap(angle(S21)));gridon;xlabel('频率(Hz)');ylabel('相位(rad)');附件2：%巴特沃思低通滤波器集总参数电路实现clc;clear;%电路参数--------------------------c1=1.46e-12;c2=3.53e-12