【導(dǎo)讀】小其體積和重量，降低生產(chǎn)成本，對(duì)多通帶微波濾波器的研究及設(shè)計(jì)有重要的意義?；诖颂岢隽艘环N雙。該設(shè)計(jì)首先運(yùn)用分立元件通過兩次頻率變換由一個(gè)低通原型濾波器變換成為雙頻帶。通濾波器，以此來驗(yàn)證雙頻帶通濾波器的可行性。然后通過電路轉(zhuǎn)換，引入導(dǎo)納倒置變換器，將電路簡(jiǎn)化。成為只有導(dǎo)納倒置變換器和串聯(lián)LC諧振器的雙頻帶通濾波器。最后通過引入λ/4微帶開路線將雙頻帶通。仿真結(jié)果表明達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

　　

【正文】 ?? 502301 ZZ ， ?? ， ??? ba ZZ ??? ZZ ， ??? 9021 xx ZZ 通過參數(shù)的計(jì)算，最后微帶線的長(zhǎng)寬如下所示 01Z ： mmw ? ， mml ? 12Z ： mmw ? ， mml ? aZ : mmw ? ， mml ? 2aZ ： mmw ? , mml ? 1xZ ： mmw ? ， mml ? （ 1） 運(yùn)行 ADS2021,打開 ADS主窗口。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 。 圖 ADS2021 工程文件的窗口 （ 2）建立原理圖工程，執(zhí)行菜單命令 [File] [New] [Schematic],或點(diǎn)圖標(biāo) ， 如下圖 示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 48 頁 圖 ADS 軟件的原理窗口 （ 3） 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇 TLinesMicrostrip元件面板列表，并選擇 5個(gè) MLIN、 4個(gè) MLOC、如下圖 。 圖 元件圖 （ 4） 打開原件庫，選擇 SimulaionS_param庫，添加 2個(gè) Term原件，在加一個(gè) SP，用線連接陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 48 頁 原件，構(gòu)成完整電路原理圖，如下圖 。 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 。 圖 MLIN 參數(shù)設(shè)置 （ 6） 設(shè)置好參數(shù)以后，整體電路圖如圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 48 頁 圖 完整電路圖 由于微帶線是由覆蓋在電介質(zhì)表面上的金屬材料構(gòu)成，不同的金屬材料和介質(zhì)材料的電氣特性導(dǎo)致相同尺寸的微帶線的特性阻抗不同，所以需要對(duì)微帶線的進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。微帶線的參數(shù)設(shè)置方法如下： （ 1） 將計(jì)算出的的結(jié)構(gòu) 尺寸輸入 ADS中相對(duì)應(yīng)的微帶線處； （ 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=，表示微帶線介質(zhì)基片厚度為 ? 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=+034mil，表示微帶電路的封裝高度為 +034 mils ? T=0，表示微帶線金屬片的厚度為 0 ? TanD=，表示微帶線的損耗角正切為 ? 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 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 48 頁 圖 參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖 完成設(shè)置的 MSUB控件如圖 圖 控 件圖 原理圖設(shè)計(jì)完成后，接下來進(jìn)行原理圖仿真，根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，主要是對(duì)它的 S參數(shù)進(jìn)行仿真和分析。步驟如下： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 共 48 頁 （ 1） 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇 S參數(shù)仿真元件面板“ SimulationS_Param”，選擇“ Term”放置在功率分配器 2 個(gè)端口上，用來定義端口 1 和 2。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。 （ 2）選擇 S參數(shù)掃描控件“ SP”，放置在原理圖中。 雙擊 SParam， 設(shè)置掃描類型（ Sweep Type）為線性（ Linear），并設(shè)置掃描的頻率范圍為 ，步長(zhǎng)選擇為 5MHz，如圖 ，完成設(shè)置的“ SP”控件。 圖 設(shè)置掃描圖 （ 3）設(shè)置好參數(shù)，點(diǎn)擊保存。然后 單擊工具欄中的 [Simulate]按鈕進(jìn)行仿真，如圖 。 圖 仿真窗口 （ 4）選擇要顯示的 S(2,1)和 S(1,1),單擊【 Add】按鈕，在彈出的“ Camplex Data”對(duì)話框中選擇 dB為單位，如下圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 共 48 頁 圖 仿真面板設(shè)置 （ 5）單擊【 OK】按鈕，返回“ Plot Traces ＆ Attributes”對(duì)話框，單擊【 OK】按鈕， 會(huì)顯示 仿真結(jié)果如圖 。 圖 傳輸，反射曲線圖 從仿真結(jié)果可以看出，濾波器的兩個(gè)諧振頻率中心點(diǎn)分別在 ，這和設(shè)計(jì)值 18MHz和 40MHz，差別不是很大，這個(gè)可以在后期的優(yōu)化處理上消除誤差，這又從一定程度上驗(yàn)證了兩次頻率變換實(shí)現(xiàn)雙頻帶通特性理論的正確性。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 共 48 頁 仿真優(yōu)化 （ 1） 為了方便起見，這次優(yōu)化采用調(diào)諧優(yōu)化，優(yōu)化過程如圖 。 圖 優(yōu)化數(shù)據(jù)圖 （ 2） 優(yōu)化后的電路原理圖如圖 。 圖 原理圖優(yōu)化 （ 3） 優(yōu)化后的 S參數(shù)圖如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 共 48 頁 圖 S 參數(shù)優(yōu)化 從上圖可以看出兩個(gè)中心頻率 m1是 ， m2是 ,雖然仿真在 后期做了優(yōu)化處理，但是還是存在一定的誤差 ,出現(xiàn)了頻率偏移的現(xiàn)象，但是通過后期的優(yōu)化，對(duì)于濾波器的插入損耗還是有一定的改善，所以仿真的優(yōu)化還是起到一定的作用的，所以本次設(shè)計(jì)基本滿足設(shè)計(jì)的理想，雖然與預(yù)期還有一定的差距，需要在以后的工作和生活中不斷的改進(jìn)，通過完善設(shè)計(jì)以完善自身。結(jié)合設(shè)計(jì)前期的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，可以得到一些誤差存在的原因。這個(gè)原因主要有兩方面，一是濾波器本身結(jié)構(gòu)的問題，我們?cè)谟?jì)算的時(shí)候，傳輸線的阻抗在變換的時(shí)候本身就存在較大的變化，直接影響就是微帶線寬度的變化，而且接觸存在不連續(xù)性，阻抗匹配不夠好 。二是，介質(zhì)選材的問題，我們選的板子其損耗正切為 ，所以在介質(zhì)中就存在損耗。 版圖生成 原理圖的仿真是在完全理想的狀態(tài)下進(jìn)行的，而實(shí)際電路板的制作往往和理論存在較大差距，這就需要考慮一些干擾、耦合等因素的影響。所以需要在 ADS中進(jìn)一步對(duì)版圖進(jìn)行仿真 [2]。 ADS 版圖采用矩量法進(jìn)行電磁仿真，其仿真結(jié)果比在原理圖中仿真的更為準(zhǔn)確，實(shí)際電路的性能可能會(huì)與原理圖仿真有一定差異，因此在 ADS中進(jìn)行版圖仿真后才能制作實(shí)際電路 [2]。 生成版圖的步驟如下： （ 1） 選擇菜單中的 [Simulate]—— [Update Optimization Values],保存原理圖優(yōu)化后的結(jié)果。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 共 48 頁 （ 2） 去掉原理圖中的兩個(gè) Term、“接地”以及優(yōu)化控件，如圖 圖 原理圖 （ 3）選擇菜單中的 [Layout]—— [Generate/Update Layout]命令，彈出一個(gè)設(shè)置窗口， 如圖 ，可進(jìn)行起始元器件設(shè)置。這里應(yīng)用它的默認(rèn)設(shè)置， 直接點(diǎn)擊 [OK]。這時(shí)彈出“ Status of Layout Generation”窗口，其內(nèi)容包括生成版圖中包含原理圖中有效的原件數(shù)目等信息，如圖 ，確認(rèn)其內(nèi)容與原理圖相同后單擊 [OK]， 完成版圖的生成。 圖 版圖生成對(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。微波雙頻帶通濾波器原理圖生成的版圖如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 共 48 頁 圖 版圖生成 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 共 48 頁 5 總結(jié)與展望 伴隨著微波通信領(lǐng)域技術(shù)的飛速發(fā)展，未來的濾波器需要從現(xiàn)在通信系統(tǒng)的工作頻率向更短波長(zhǎng)，主要是毫米波段轉(zhuǎn)變，以避免在低頻段的擁擠的問題 , 微帶線濾波器因其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)更會(huì)被人們選擇。但是隨著因?yàn)樾枨蟮娜找嬖龃螅瑔瓮ǖ臑V波器在滿足人們需求的時(shí)候已經(jīng)慢慢的顯示出不足。人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的通信需求需要占用更多的通信頻段，雙頻甚至多頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)引起了 廣泛的關(guān)注。濾波器作為通信系統(tǒng)中必不可少的部分，對(duì)其雙頻特性的研究對(duì)真正實(shí)現(xiàn)無線雙頻收發(fā)機(jī)具有重要的意義，同時(shí)其市場(chǎng)前景也非常廣闊。 本篇論文以研究濾波器為基礎(chǔ)，深入展開微波雙頻帶通濾波器的結(jié)構(gòu)，從而較深層次地分析微帶線系列濾波器的設(shè)計(jì)、軟件優(yōu)化等方面的內(nèi)容。即先從濾波器理論著手，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，向微波雙頻帶通濾波器轉(zhuǎn)變。同時(shí)給出了設(shè)計(jì)濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例以及對(duì)一些公式作了推導(dǎo)工作。 本次設(shè)計(jì)討論了濾波器設(shè)計(jì)的綜合理論，包括低通原型濾波器 與低通、高通、帶通、帶阻濾波器之間的轉(zhuǎn)換，以及利用導(dǎo)納倒置變換器來實(shí)現(xiàn)微波濾波器的分布參數(shù)電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在綜合設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，探究?jī)纱晤l率變換后得到雙頻濾波器的理論。并通過兩次電路變換，得到只含有導(dǎo)納倒置變換器和串聯(lián)支路的微波帶通雙頻濾波器的電路。并用微帶線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙頻濾波器電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于在 GPS兩個(gè)波段的中心頻率處的雙頻段帶通濾波器。在仿真軟件 ADS中進(jìn)行了仿真，對(duì)頻率變換理論進(jìn)行驗(yàn)證，仿真結(jié)果和理論結(jié)果的基本吻合證明了該方法的正確性。 至此，本次設(shè)計(jì)的過程基本完成，但因個(gè)人能力和濾波器本身 的一些原因，雖然實(shí)現(xiàn)了雙頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)，但對(duì)于兩個(gè)中心頻率的處理還存在一定的誤差，這是本次設(shè)計(jì)的不足。在以后還需要對(duì)于自己的知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行加強(qiáng)，希望在以后的生活中自己可以從中得到啟示，以充實(shí)自身。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 共 48 頁 參考文獻(xiàn) [1bbss0ZNVccIeMNMcwKUq2DCxV_Tdpe07Q5yX8aAcwe [2]徐興福 . 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