【正文】 .......................................................20 版圖仿真 ....................................................................................21 圖 在版圖中添加兩個(gè)端口 .........................................................22 版圖的 3D 圖 ..............................................................................24 設(shè)計(jì)結(jié)論 ..............................................................................................25 4 總結(jié)與展望 ................................................................................................ 25 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................ 26 致謝 ................................................................................................................. 27 附錄 A 外文文獻(xiàn) ........................................................................................... 28 附錄 B 外文翻譯 ........................................................................................... 34 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁 共 43 頁 1緒論 科技的高速發(fā)展將人們帶到了一個(gè)信息化的時(shí)代，通信領(lǐng)域的信息傳遞經(jīng)歷了從利用同軸電纜、光纖、波導(dǎo)等導(dǎo)線作為媒介傳輸信息的有線傳輸?shù)揭揽侩姶挪?(衛(wèi)星中繼、微波視距傳播 )在空間內(nèi)傳播信息的無線傳輸，從固定 (如座機(jī) )到移動(dòng) (如手機(jī) )、從低頻到高頻的巨大變 化 ]1[ 。 而微帶發(fā)夾型帶通濾波器以其尺寸小，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在射頻領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。 本文介紹一種借助ADS( Advanced Design System )軟件設(shè)計(jì)和優(yōu)化 發(fā)夾型 微帶線帶通濾波器的方法 。 信息和通信已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的“命脈”，無線通信更是對(duì) 社會(huì)發(fā)展及人類的進(jìn)步產(chǎn)生著巨大的影響。濾波器濾波是為了保證值通過頻帶內(nèi)的信號(hào)，抑制頻帶外的噪音 ， 放大器的飯放大作用是為了提高發(fā)射功率，準(zhǔn)備發(fā)射信號(hào)或者放大接受到的微弱信號(hào)。理論上，射頻無線通信系統(tǒng)的電路模塊在一定程度上是可以集成的，但是由于這些元件模塊之間在工作原理上有很多不同，所以使用的工作性能也有所不同。 利用傳統(tǒng)的辦法設(shè)計(jì)出來的濾波器也面臨一樣的困 境 ]4[ ，它們的元器件尺寸通常比較大，做出來的電路板也比較大，并且制作周期相對(duì)較長(zhǎng)，性能方面也有很多局限性，因此需要對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)。選擇參數(shù)分 布 電路則 是 通過選擇頻率不同的信號(hào)。 射頻 (RF)從廣義方面說是可以向外輻射電磁信號(hào)的頻率 ，而在電路設(shè)計(jì)中 ，當(dāng)頻率較高、電路的尺寸可以與波長(zhǎng)相比擬的時(shí)候，電路就成為射頻電路。微波濾波器是一種頻率選擇器件裝置，它的性能的好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量有著非常明顯的影響。 由于微帶線本身體積小、質(zhì)量輕、加工簡(jiǎn)單容易、制版方便快捷，另外還可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合與應(yīng)用需求來選用不同的介質(zhì)材料，這樣就使得濾波器的應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)大加寬，倍受設(shè)計(jì)師們的青睞。這方面的研究具有很大的市場(chǎng)前景。 ADS軟件一個(gè)功能十分強(qiáng)大的射頻自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件工具，該軟件便于與其他軟件連接，便于與測(cè)試設(shè)備連接，便于與廠商元器件模型之間的溝通，并提供豐富的仿真功能，實(shí)業(yè)界首選的視頻自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。仿真速度極快，同時(shí)保證精度 很高 。理想濾波器的輸出在通帶內(nèi)與它的輸入相同，在阻帶內(nèi)為 0。和 接地平面之間 被一種 電介質(zhì)隔離 開 。 微帶線特性阻抗 (如式 )和模型 (如圖 所示 )， 其中 Z0是微帶線的特性阻抗 ,w是微帶線寬度， t是微帶線厚度， h是電介質(zhì)厚度， r? 是硬質(zhì) 電路板的相對(duì)介電常數(shù)。一般用薄膜技術(shù)制造。一般有兩個(gè)方面的作用：一是它把高頻信號(hào)能進(jìn)行較有效地傳輸；二是與其他固體器件如電感、電容等構(gòu)成一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，使信號(hào)輸出端與負(fù)載很好地匹配。 型 微波帶通 濾波器的理論基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)流程 微帶發(fā)夾型帶通濾波器是是一種分布參數(shù)濾波器 ，它由連接在一起并排 排列的 幾個(gè)發(fā)夾諧振器耦合而成 。帶寬大于 10%15%時(shí)，第一級(jí)耦合微帶線的間距過小，難以制造；但 抽頭濾波器可以克服這些困難，這 也就是本文為什么選擇采用抽頭 式發(fā) 夾型帶同濾波器了。利用帶通濾波器的頻率轉(zhuǎn)換公式，確定歸一化頻率。 )2( 2100 12 w wwB W ????陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 43 頁 WBggZRππLl 100。w 是指 微帶線 的 線寬 。 通過頻率變換公式計(jì)算得到歸一化中心頻率為 1. 96 GHz 且 獲得 20 dB衰減，濾波器的階數(shù)至少為 3， 為了能更好的達(dá)到濾波器的指標(biāo) 要求 ，本文采用濾波器的階數(shù)為 5 的 3dB 波紋切比雪夫低通原型 ]20[ ，根據(jù)表 ， 求得低通濾波器原型的原件取值為 ]14[ ： ?? gg ?g ?? gg 表 切比雪夫?yàn)V波器原件參數(shù)（ 3dB 波紋， N=1,2,3,...,8） N 1g 2g 3g 4g 5g 6g 7g 8g 9g 1 2 3 4 5 6 7 8 下面根據(jù)式 ()，計(jì)算出各階藕合微帶線的奇偶模阻抗，并利用 ADS 自帶的傳輸線 Linecalc計(jì)算工具，如圖 。 執(zhí)行菜單命令 [File] [New] [Workspace]，或點(diǎn)圖標(biāo)創(chuàng)建一個(gè)工程 文件， 如下圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 43 頁 圖 電路原理圖 （ 5） 用鼠標(biāo)雙擊原件 MLIN,依次修改原件參數(shù)，如下圖 。微帶線的參數(shù)設(shè)置方法如下： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 43 頁 （ 1） 將 抽頭位置和表 2中的結(jié)構(gòu)尺寸輸入 ADS中相對(duì)應(yīng)的耦合微帶線處； （ 2） 在微帶線器件面板中找到微帶線參數(shù)設(shè)置控件 MSUB，將其插入到電路原理圖中； 雙擊微帶線參數(shù)設(shè)置控件，彈出參數(shù)設(shè)置窗口，按照以下內(nèi)容進(jìn) 行設(shè)置： ? H=10mil，表示微帶線介質(zhì)基片厚度為 10mil ? Er=，表示微帶線介質(zhì)基片相對(duì)介電常數(shù)為 ? Mur=1，表示微帶線介質(zhì)基片磁導(dǎo)率為 1 ? Cond=+50，表示微帶線金屬片的電導(dǎo)率為 +50 ? Hu=+033mm，表示微帶電路的封裝高度為 +033 mm ? T=0，表示微帶線金屬片的厚度為 0 ? TanD=0mil，表示微帶線的損耗角正切為 0mil ? Roungh=0mm，表示微帶線的表面粗糙度為 0 mm 雙擊 MSUB原件，設(shè)置 基板參數(shù) 如圖 。單擊工具欄中的 接地 圖標(biāo)，放置 2個(gè)“地”，連接好電路原理圖。然后 單擊工具欄中的 [Simulate]按鈕進(jìn)行仿真 ，如圖 。 利用 ADS中 Optim控件和目標(biāo)控件 Goal，設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，然后進(jìn)行仿真得到優(yōu)化結(jié)果 步驟如下： 1) 修改 耦合 微帶線段的取值方式，將 耦合 微帶線段兩個(gè)導(dǎo)體帶的間隔 S和耦合微帶線的長(zhǎng)度 L設(shè)置為變量，并設(shè)置相鄰耦合微帶線的尺寸，分別在 圖 參數(shù)。 （ 2） 設(shè)置優(yōu)化方法為隨機(jī) (Random)或者梯度 (Gradient)等，隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂 ，此次優(yōu)化方法比較適合隨機(jī) (Random)。 表 其他 3 個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的參數(shù)設(shè)置 圖 完成設(shè)置的目標(biāo)控件 完成優(yōu)化設(shè)置后， 點(diǎn)擊保存 ， 最后所得的優(yōu)化原理圖如圖 。由于選擇的優(yōu)化方法是隨機(jī) (Random)，因此每次 優(yōu)化的結(jié)果都會(huì)有所不同甚至相去甚遠(yuǎn)，所打開以要不斷改變參數(shù)的值，多次進(jìn)行優(yōu)化，直至得到跟所需要的優(yōu)化結(jié)果最接近的數(shù)據(jù)為止。 ? 在 GHz和 20dB滿足技術(shù)指標(biāo)。但是在實(shí)際應(yīng)用中還是會(huì)發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與實(shí)際設(shè)計(jì)的電路指標(biāo)有很大差別，因此必須在原理圖設(shè)計(jì)與電路制作中對(duì)版圖進(jìn)行仿真，以進(jìn)一步保證結(jié)果符合陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 43 頁 設(shè)計(jì)要求。 （ 2） 去掉原理圖中的 兩 個(gè) Term、“ 接地” 以及優(yōu)化控件。 圖 版圖生成設(shè)置對(duì)話框 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 43 頁 圖 版圖生成狀態(tài)對(duì)話框 （ 4）完成版圖生成后，系統(tǒng)將打開一個(gè)版圖設(shè)計(jì)窗口，里面顯示剛剛生成的版圖。單擊工具欄中的 圖標(biāo)，在濾波器兩邊要加端口的地方分別單擊鼠標(biāo)添加兩個(gè) port端口，如圖 。 4. Frequency Step=，表示頻率掃描的步長(zhǎng)為 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁 共 43 頁 （ 5） 在數(shù)據(jù)顯示窗口顯示 各 參數(shù)如下圖 (a),(b)。 ? 帶內(nèi)波紋最小于 3dB滿足技術(shù) 指標(biāo)。 中心頻率 是 GHz， 帶寬 200 MHz，而且在 頻率 . 和 頻率衰減都不小于 20dB，帶內(nèi)波紋也小于 3dB，基本滿足設(shè) 計(jì)要求。對(duì)高性能濾波器的設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。即先從微帶線理論著手，結(jié)合經(jīng)典濾波器設(shè)計(jì)原理，使歸一化的低通原型濾波器，結(jié)合阻抗變化以及微帶電路的特性，向微帶帶通濾波器轉(zhuǎn)變。微帶帶通濾波器的基片材料既是微波傳輸?shù)慕橘|(zhì)，又是導(dǎo)體微帶線附著的載體，其材料特性對(duì)微帶線濾波器的性能有很大的影響。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，導(dǎo)師賈老師給了我很大的幫助。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也有好多同學(xué)給我很大的幫助。 there are 10 possible binations, as illustrated in Table . As indicated in the table, the various circuits have different frequency responses, including lowpass, bandpass, all pass, and all stop. For bandpass filters, we are most interested in the case shown in Figure , as open circuits are easier to fabricate in microstrip than are short circuits. In this case, 2I = 4I =0. 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 31 頁 共 43 頁 The real part of the image impedance of the bandpass work of Figure . so the fourport impedance matrix equations reduce to 3131111 IZIZV ?? () 3331313 IZIZV ?? () 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 32 頁 共 43 頁 where ijZ is given in (). We can analyze the lter characteristics of this circuit by calculating the image imped ance (which is the same at ports 1 and 3), and the propagation constant. From Table , the image impedance in terms of the impedance parameters is θZZθZZZZZZZoeoei22002200