【正文】 式，通過將不同信號的集成電路高密度地混合集成在一起，能夠 有效地減小系統(tǒng)的體積，從而實現(xiàn)了無線通信系統(tǒng)的小型化。圖 11是一種典型的移動電話射頻電路方框圖，圖中的虛線部分表示在該無線通信設備中的濾波元件。信息傳遞必須通過兩種方式：有線傳輸方式和無線傳輸方式。 原理圖仿真及優(yōu)化 ........................................... 19 167。 S 參數(shù) .................................................... 10 167。 帶通濾波器的設計原型 ...................................... 5 167。 課題背景和意義 .............................................. 1 167。在已知公式和表格的基礎上，能夠計算出濾波器的各種參數(shù)，利用這些參數(shù)能夠繪制原理圖； S 參數(shù)的優(yōu)化主要是優(yōu)化范圍的修改和一個不斷重復的過程。 本文首先介紹了 微波濾波器的應用和當前的研究情況。微帶帶通濾波器作為微波器件的一種也得到了大力的發(fā)展，尤其是在接收機前端。 本科畢業(yè)論文（設計） \ 題目： 微帶帶通濾波器的設計和實現(xiàn) 姓 名： 許小晶 學號： 20202004182 院（系） ： 機械與電子信息學院 專業(yè)： 電子信息工程 指導教師： 嚴彬 職稱： 講師 評 閱 人： 殷蔚明 職稱： 副教授 2020 年 6 月 本科生畢業(yè)論文（ 設計）原創(chuàng)性聲明 本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得中國地質(zhì)大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。帶通濾波器即BPF（ bandpass filter） 是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設備 ， 一個理想的 帶通 濾波器應該有一個完全平坦的通帶 ， 另外，通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成 。然后介紹了濾波器的理論基礎和重要參數(shù)。本次設計所完成的濾波器如下：通帶 － GHz，帶內(nèi) 衰減小于 2dB，起伏小于 1dB， 以下及 40dB。 微帶濾波器國內(nèi)外研究情況 ..................................... 2 第 2章 帶通濾波器設計理論 ............................................. 4 167。 原型濾波器的元件值的歸一化及其計算 ............................ 7 167。 ADS 介紹及優(yōu)化原則 .......................................... 12 第 4章 帶通濾波器的設計與優(yōu)化 ........................................ 13 167。 版圖仿真 .................................................. 25 167。目前的固定電話、有線電視、有線互聯(lián)網(wǎng)絡都屬于有線傳輸。從圖中可以看出，信號的接收 和發(fā)射都離不開濾波器，它們的尺寸以及工作性能直接影響整個無線通信設備的體積以及工作性能。目前，隨著半導體技術的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)中的有源電路已經(jīng)實現(xiàn)了微型化并且能夠有效地采用現(xiàn)代封裝技術進行集成。從設計上實現(xiàn)濾波器小型化，不僅可以減小濾波器自身的尺寸面積，而且更加有利于系統(tǒng)的封裝集成，進一步實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的小型化。 微帶濾波器國內(nèi)外研究情況 移動通信產(chǎn)業(yè)驚人的成長速度超出了人們的想象，促進了濾波器的 飛速發(fā)展，特別是固態(tài)化濾波器的發(fā)展，如晶體濾波器、陶瓷濾波器、 SAW 濾波器、介質(zhì)濾波器等。典型的 FBAR 測試結(jié)果顯示，F(xiàn)BAR技術帶來的高 Q值和高耦合系數(shù)可與高級的陶瓷的和聲表面波振子相媲美，目前達到的 Q值己超過 1000 ，與基于陶瓷的產(chǎn)品相比， FBAR 技術在小型化 方面占有絕對的優(yōu)勢，可實現(xiàn)體積小于目前基于陶瓷產(chǎn)品 10%的產(chǎn)品。西門子公司研制的 3 級整塊聯(lián)體型片式介質(zhì)濾波器，尺寸規(guī)格僅 ( mm )— ( mm ) ，適用于 ISM91 GPS1500 、 PCN / PCS1800 、PHS1900 。 隨著信息化浪潮的推進，現(xiàn)代社會產(chǎn)生了巨大的信息要求，通信技術正在向高速、多頻段、大容量方向發(fā)展。這正是 S波段的應用，因此如何研究出高性能，小型化的濾波器是目前電路設計的關鍵環(huán)節(jié)之一。與此同時對于器件的小型化和高中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 3 性能的要求也在不斷提 高。例如多模微帶濾波器，類交趾濾波器等。 167。 167。兩種常見的低通濾波器原型： （ 1）平坦低通濾波器特性曲線 (如圖 22所示 )： 圖 22最大平坦低通濾波器特性曲線 數(shù)學表示式如（ 21） : ? ? ??????????????????naL239。 中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 6 特點： 39。139。39。 特點：帶內(nèi)衰減呈波紋特性 ArL 定義為等波紋頻帶的邊緣頻率。 理論證明了最大平坦濾波器的延遲畸變要比切比雪夫濾波器小。0G = 1 39。 微帶線 微帶線是位于接地層上由電介質(zhì)隔開的印制導線，它是一根帶狀導 (信號線 ) [9] ，與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開。它的特性阻抗和印制導線的寬度、厚度、電介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩個接層的距離有關 [11] 。 60年代前期，由于微波低損耗介質(zhì)材料和微波半導體器件的發(fā)展，形成了微波集成電路 ，使微帶線得到廣泛應用，相繼出現(xiàn)了各種類型的微帶線。 中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 9 第 3章 帶通 濾波器的重要 指標 及優(yōu)化原則 在設計帶通濾波器時，設計過程中的重要參數(shù)為奇模和偶模阻抗，這兩個參數(shù)決定了微帶線的尺寸，進一步?jīng)Q定了濾波器的特性；體現(xiàn)濾波器特性的參數(shù)為 S參數(shù)，優(yōu)化時的對象即 S12，優(yōu)化時改變的參數(shù)為微帶線的尺寸，尺寸改變了 S 參數(shù)就變化了。 當兩根耦合的傳輸線相互之間的驅(qū)動信號振幅大小相同但相位相差 180 度的時候 ,就是一個奇模傳輸?shù)哪Ｐ?。 奇模和偶模傳輸模型如下圖所示： 圖 31 奇模和偶模模型圖 可以將平行耦合微帶線視為偶模激勵和奇模激勵的疊加，偶模和奇模有不同的特性阻抗，偶模的特性阻抗為 Z0e,奇模特性阻抗為 關。微波網(wǎng)絡分為線性與非線性，有源與無源，有耗與無耗，互易與非互易。選擇參考面的原則是在該參考面以外的傳輸線上只傳輸主模。 圖 32 二端口網(wǎng)絡示意圖 S 參量是根據(jù)某端口上接匹配負載的情況下所得到的歸一化波來定義的。 中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 12 167。 S 參數(shù)中的S11，和 S12 反映了輸入輸出端的駐波特性， S21 反映了電路的幅頻和相頻特性以及群時延特性， S12反映電路的隔離性能。 確定濾波器指標 計算查表得濾波器階數(shù) N 確定標準低通濾波器參數(shù) 計算傳輸線基模、偶模特性阻抗 利用 ADS工具計算各節(jié)耦合線幾何尺寸 原理圖繪制 利用 ADS 進行仿真得到波形 達到技術指標 利用 ADS 優(yōu)化W、 L、 S N Y 得到最終 W、 S、 L 中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 14 167。 原理圖設計 基板參數(shù)： H:基板厚度 ( mm) Er:基板相對介電常數(shù) () Mur:磁導率 (1) Cond:金屬電導率 (+7) Hu:封裝高度 (+33 mm) T:金屬層厚度 ( mm) TanD:損耗角正切 (1e4) Roungh:表面粗糙度 (0 mm) 主要關注的技術指標：通帶邊界頻率與通帶內(nèi)衰減、起伏；阻帶邊界頻率與阻帶衰減 。 S21(S12)是傳輸參數(shù)，濾波器通帶、阻帶的位置以及衰減、起伏全都表現(xiàn)在 S21(S12)隨頻率變化曲線的形狀上。139。 FBW是帶通濾波器的相對帶寬，012 f ffFBW ?? ， iJ 是 J變換的特性導納， Y是輸入輸出微帶線端的特性導納。因而，這種結(jié)構(gòu)形式的濾波器容易易用來制造帶通濾波器 。運行中的窗口如圖 44所示： 圖 45 linecale計算微帶線尺寸 由此得到的各耦合段物理尺寸 ， 如 下 表所示 ： 中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 18 表 42 各節(jié)物理尺寸數(shù)值 CL1 CL2 CL3 CL4 W S L 原理圖的繪制 首先建立濾波器的主要結(jié)構(gòu)，即 4個平行耦合微帶線，在選擇 2個普通微帶線插入，插入?yún)?shù)設置控件并修改為指定參數(shù)。 原理圖仿真及優(yōu)化 由于在原理圖中已經(jīng)放置了仿真控制器，故可直接運行仿真，仿真結(jié)果如圖 46及圖47所示： 圖 47 s(1,2)參數(shù)曲線 中國地質(zhì)大學 （武漢） 學士學位論文 20 圖 48 s(1,1)參數(shù)曲線 從圖可以看出， 中心頻率出現(xiàn)了明顯的偏移現(xiàn)象。以目標控件 Goal1為例，設置完成的窗口如圖 410所示： 圖 411 優(yōu)化目標控件設置 可以清楚的看到優(yōu)化范圍是 ，衰減最小值為 2dB。 觀察 S12和 S11 曲線是否滿足指標要求 (包括優(yōu)化目標中未設定的帶內(nèi)起伏小于 1dB 的要求 )，如果已經(jīng)達到指標要求，就可以進行版圖的仿真了，如果沒有達到指標要求，那么就重新進行優(yōu)化仿真。 版圖的仿真是采用矩量法直接對電磁場進行計算，其結(jié)果比在 原理圖中仿真要準確，但是它的計算比較復雜，需要較長的時間，在此作為對原理圖設計的驗證。 后期需要改進的地方