实验四微波射频带通滤波器设计共60张课件.ppt

1、实验四实验四 射频滤波器设计、仿真射频滤波器设计、仿真与测试与测试一、滤波器原理一、滤波器原理dBPPLLinAlg10通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性：1.1 滤波器的技术指标滤波器的技术指标中心频率中心频率通带最大衰减通带最大衰减阻带最小衰减阻带最小衰减通带带宽通带带宽插入损耗：群时延插入损耗：群时延带内纹波：带内纹波：回波损耗、驻波比回波损耗、驻波比。1.2 插入衰减法设计滤波器插入衰减法设计滤波器1.2.1 理想工作衰减频率响应理想工作衰减频率响应2221111()iiLirPPLPPPs 2222()11()1()()cMLPPN2222()()()()NMN （频频率率的的偶

2、偶函函数数）1.2.1 工作衰减频率响应函数工作衰减频率响应函数1.2.2 优化函数（低通）优化函数（低通）(1).最平坦响应最平坦响应(Butterworth)NLLdB21N1,3 ：容容差差系系数数：阶阶数数110210lg10lg(1)2lgsLNsssLN cc6N/20N/10LdBLdB 阻带衰减：阻带衰减：(2).等波纹响应等波纹响应(Chebyshev polynomial)2N1T()NL ：容容差差系系数数，：阶阶数数sLsarNar10cosh101/cosh cc10N/15N/5LdBLdB 阻带衰减：阻带衰减：1.3 滤波器的设计步骤滤波器的设计步骤（1）由衰减特

3、性综合出低通原型（2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型（3）计算滤波器电路元件值（4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真。1.4 滤波器的低通原型滤波器的低通原型设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。低通原型电路结构1.巴特沃士：2.切比雪夫:1.5 滤波器的四种频率变换滤波器的四种频率变换1、低通滤波器与低通原型的变换、低通滤波器与低通原型的变换 频率变换频率变换c 等衰减变换等衰减变换变换后在对应频率点上衰减量不变，须对应的元件变换后在对应频率点上衰减量不变，须对应的元件值在两种频率下的具有相同的阻抗，即：值在两种频率下的具有相同的阻抗，即：()()zz 0kk

4、kkkccgjgjgjLLZ 电电感感元元件件：0Z：信信号号源源内内阻阻0kkkkkccgjgjgj CCZ 电电容容元元件件：2、高通滤波器与低通原型的变换、高通滤波器与低通原型的变换频率变换频率变换0 -10c 、c 等衰减变换等衰减变换011()kkckkckzjgjLCj CL Z 电电感感元元件件：01kkckkckZyjgjCLjLC 电电容容元元件件：()=电感电感=电容电容电容电容=电感电感3、带通滤波器与低通原型的变换、带通滤波器与低通原型的变换 频率变换频率变换cc12011 、cc2200002100011()()210210:cccc 其其中中：通通带带分分数数带带宽

5、宽中中心心频频率率 等衰减变换等衰减变换00000011:()kkkkkkkkjgjLjLjCLLZCL Z 电电感感元元件件kkkkkkkkjgjCj CjLCCLRRC00000011:()电电容容元元件件电感电感=串联谐振串联谐振电容电容=并联谐振并联谐振4、带阻滤波器与低通原型的变换、带阻滤波器与低通原型的变换 频率变换频率变换1200110cc 、000210021021011()()cccccc 其其中中：等衰减变换等衰减变换000000111:()1kkkkkkkkjjLjjgCCCLZCCZ 电电容容元元件件000000111:()1kkkkkkkkjj CjjgLLLCLZL

6、 Z 电电感感元元件件电感电感=并联谐振并联谐振电容电容=串联谐振串联谐振为电导为电阻000000,gYgggZ低通变换：低通变换：高通变换：高通变换：带通变换：带通变换：带阻变换：带阻变换：二、集总参数滤波器二、集总参数滤波器sLLArAsn110/10/1cosh110/110cosh例：设计一例：设计一L-CL-C切比雪夫型低通滤波器切比雪夫型低通滤波器,截止频率为截止频率为75 MHz,75 MHz,通带内衰减为通带内衰减为3dB,3dB,波纹为波纹为1dB,1dB,频率大于频率大于100 MHz,100 MHz,衰减大于衰减大于20 dB20 dB，Z Z0 0=50=50。（1 1

7、）确定指标:特性阻抗Z0=50,截止频率fc=75MHz,阻带边频fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。（2）计算元件级数n：n取最接近的整数,则n=5（3）查表求原型元件值gi,低通变换：低通变换：（4）计算实际元件值（5）画出电路结构，进行电路仿真据设计指标参数，使用据设计指标参数，使用ADS中的滤波器设计向导工具自动生成滤波器电路中的滤波器设计向导工具自动生成滤波器电路例例2：设计一个：设计一个L-C切比雪夫型带通滤波器切比雪夫型带通滤波器,中心频率为中心频率为75 MHz,3dB带宽为带宽为10MHz,波纹为波纹为1dB,工作频带外工作频带外75

8、15MHz的衰减大于的衰减大于30dB,Z0=50。（1）确定指标:特性阻抗：Z0=50上通带边频：f1=75+5=80 MHz下通带边频：f2=75-5=70 MHz上阻带边频：fXU=75+15=90 MHz下阻带边频：fXL=75-15=60MHz 通带内最大衰减：LAr=3dB 阻带最小衰减：LAs=30dB（2）计算相关参数778.2),(778.21333.311083.742120220112210XXsXLXUsXLXLsMINFBWfffFBWfffMHzffFBWfff，（3）计算元件节数nsLLArAsn110/10/1cosh110/110coshn取整数3（4）查表得

9、原型元件值gi（5）带通变换（6）画出电路，进行仿真三、分布参数滤波器三、分布参数滤波器1、Richard变换变换短截线实现短截线实现 L、CininZjZ tg lYjY tg l00()()短短开开 2、高、低阻抗线、高、低阻抗线实现串联实现串联L、并联并联C，设计，设计LPF 000cossin1/2101/2sin/cos011011-/2cos1-/2(1-/4)sin/1-/2jZjXjXAjZjBXBXBjXXBBZjBXB002(/2)1 cos2sin/2sin(/)sin2sin(/2)cos(/2)ppXZ tglvBYl v利用0000sin()/8:2(/2)BYlY

10、lClXZ tglZlL00=/ppC Y l vLZ l v 0000(100(20ZYZY 高高阻阻),),近近似似为为串串联联电电感感低低阻阻),Update Optimization Values保存优化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当前值)，否则优化后的值将不保存。n经过数次优化后，CurrentEF的值为0，即为优化结束。优化过程中根据情况可能会对优化目标、优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当的调整。6.进行参数优化n优化完成后必须关掉优化控件，点击 按钮，然后点击优化控件OPTIM、GOAL和TERM、SP7.生成版图 执行菜单命令【Layout】-【Genera

11、te/Update Layout】，弹出一个设置对话框，这里应用其默认设置，直接单击OK。在版图窗口执行菜单命令【Momentum】-【Substrate】-【Update From Schematic】，将原理图的基板和微带参数更新到版图中。在版图窗口执行菜单命令【Momentum】-【Substrate】-【Creat/Modify】，可以查看和修改基板和微带的基本参数。8.版图仿真 在版图窗口执行菜单命令【Insert】-【Port】，弹出port对话框。版图中插入二个端口，分别于端口1、端口2 在版图窗口执行菜单命令【Momentum】-【Simulation】-【S-Paramete

12、rs】，打开仿真控制对话框，在“Sweep Type”下拉列表中选择“Adaptive”，设置起止频率与原理图相同，参数设置完成后，单击“Update”按钮。然后单击“Simulate”按钮，开始仿真。回去练习作业：作业：设计一平行耦合线带通滤波器，其设计指标为：通带设计一平行耦合线带通滤波器，其设计指标为：通带2.42.5GHz，带内衰减小于，带内衰减小于2dB，起伏小于，起伏小于1dB，2.3GHz以下及以下及2.7GHz以以上衰减大于上衰减大于40dB，端口反射系数小于，端口反射系数小于-20dB。板材参数：板材参数：H:基板厚度基板厚度(1.5 mm)，Er:基板相对介电常数基板相对介

13、电常数(2.65)Mur:磁导率磁导率(1)，Cond:金属电导率金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度封装高度(1.0e+33 mm)，T:金属层厚度金属层厚度(0.035 mm)TanD:损耗角正切损耗角正切(1e-4)，Roungh:表面粗糙度表面粗糙度(0 mm)报告要求：报告要求：（1）简单叙述平行耦合线带通滤波器原理（自己查文献）；）简单叙述平行耦合线带通滤波器原理（自己查文献）；（2）给出滤波器的原理图和版图；）给出滤波器的原理图和版图；（3）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。四、滤波器测试四、滤波器测试（1）设置频

14、率：）设置频率：BF=1830MHz,F=2MHz,EF=1990MHz。设置使设置使A下为下为插损插损（2）仪器按测插损连接，在仪器输入与输出口上各接一根短电缆。两）仪器按测插损连接，在仪器输入与输出口上各接一根短电缆。两电缆末端各接一只电缆末端各接一只10dB衰减器，再用一个双阴连接起来。衰减器，再用一个双阴连接起来。（3）执行校直通。）执行校直通。（4）拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到滤波器的两端）拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到滤波器的两端口上，屏幕即显频响曲线，可按口上，屏幕即显频响曲线，可按键换档。记下各频点的插损和相位（键换档。记下各频点的插损和相位（20

15、个频点并画出插损和相位曲线）个频点并画出插损和相位曲线）。1.插损测量插损测量（1）设置设置M M：常规：常规、A A下下 回损回损 （2）仪器按图测回损连接，电桥测试端口接上双阳连接器一只，仪器按图测回损连接，电桥测试端口接上双阳连接器一只，即以双阳为新的测试端口，接阴开路负载，执行校开路。即以双阳为新的测试端口，接阴开路负载，执行校开路。（3）接上阴短路器，执行校短路；接阴匹配负载进行校零。接上阴短路器，执行校短路；接阴匹配负载进行校零。（4）接上滤波器的输入插座，滤波器末端端接匹配负载。此时屏接上滤波器的输入插座，滤波器末端端接匹配负载。此时屏幕上已出现输入阻抗轨迹，可按幕上已出现输入阻抗轨迹，可按键换档。键换档。（5）按菜单键，选驻波返回。记下驻波和回损数据（按菜单键，选驻波返回。记下驻波和回损数据（20个频点并个频点并画出驻波曲线）画出驻波曲线）2.驻波测量驻波测量谢谢