【導讀】而微波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，低通濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個接收機性能的好壞。展高性能，研究小型化的微波濾波器是當前非常受關注的課題。究情況以及微波仿真軟件ADS。然后分析了微帶濾波器的二端口網(wǎng)絡理論。設計方法，同時借助ADS軟件對所設計的微帶線低通濾波器進行了仿真和優(yōu)化，1dB，4GHz以上衰減大于18dB，端口反射系數(shù)小于-20dB。

　　

【正文】 ???????? ?? c?? 時， LA 18dB，故選最大平坦濾波器的階數(shù) n=6。 根據(jù) 表 41 列出 6 階最大平坦濾波器低通原型元器件值。 該低通原型電路如圖 42 所示。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 27 圖 41 最平坦濾波器原型的衰減與歸一化頻率的關系曲線 圖 42 濾波器 低通 原型 電路 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 28 表 41 最大平坦濾波器低通原型元器件值 軟件仿真 原理圖仿真 設計指標：通帶 0－ ，帶內(nèi)衰減小于 5dB， 4GHz 以上衰減大于 20dB，端口反射系數(shù)小于 20dB。 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) N 1g 2g 3g 4g 5g 6g 7g 8g 9g 1 0 0 2 2 2 0 3 0 0 0 0 4 4 8 8 4 0 5 0 0 0 0 0 0 6 6 2 8 8 2 6 0 7 0 0 9 0 9 0 0 0 8 2 1 9 5 5 9 1 2 0 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 29 TanD:損耗角正切 () Roungh:表面粗糙度 (0 mm) 微帶低 通濾波器的技術指標： 內(nèi)的衰減 前兩項是描述衰減特性的，是濾波器的主要技術指標，決定了濾波器的性能和種類 (高通、低通、帶通、帶阻等 )。輸入電壓駐波比描述了濾波器的反射損耗的大小。群時延是指網(wǎng)絡的相移隨頻率的變化率，定義為 dY/df ，群時延為常數(shù)時，信號通過網(wǎng)絡才不會產(chǎn)生相位失真。寄生通帶是由于分布參數(shù)傳輸線的周期性頻率特性引起的 ，它是離設計通帶一定距離處又出現(xiàn)的通帶，設計 時要避免阻帶內(nèi)出現(xiàn)寄生通帶。 在進行設計時，主要是以濾波器的 S 參數(shù)作為優(yōu)化目標進行優(yōu)化仿真。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。 S11(S22)參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，由它可以換算出輸入、輸出端的電壓駐波比。如果反射系數(shù)過大，就會導致反射損耗增大，并且影響系統(tǒng)的前后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。 根據(jù) ADS 軟件設計出濾波器的原理圖（如圖 43 所示）： 圖 43 微帶高低阻抗線低通濾波器的原理圖 濾波器兩邊的引出線 TL1 和 TL8 是特性阻抗為 50 歐姆的微帶線，它的寬度 W 可由微帶線計算工具 Linecalc 得到線寬 ，線長 。 微帶線濾波器的線寬 是對稱的， 第 5 節(jié)以及第 6 節(jié)的微帶線 寬 W 的尺寸是相同的。 微帶 線的這些參數(shù)是濾波器設計和優(yōu)化的主要參數(shù)，因此要用變量安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 30 代替，便于后面修改和優(yōu)化。 對原理圖仿真生成 S2 S11 曲線圖（如圖 44 所示 ）： 圖 44 原理圖的仿真曲線 可以由圖 44 看出，仿真結(jié)果還沒達到要求， 需要對以上微帶電路進行優(yōu)化， ADS 提供了 Tune 和 optim(optimization)兩種優(yōu)化工具。 由于原理圖仿真和實際情況會有一定的偏差，在設定優(yōu)化參數(shù)時，可以適當增加通帶寬度。對于其它的參數(shù)，也可以根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果進行一定的調(diào)整。 經(jīng)過多次優(yōu)化后得到微帶線尺寸如表 42 所示 (w 是微帶線的寬度， l 是微帶線的長度，單位 mm)： 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 31 表 42 優(yōu)化后 微帶線 的 尺寸 優(yōu)化完成后必須關掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。再次對優(yōu)化后的原理圖 進行仿真就可以得到比較滿意的濾波器傳輸和反射曲線 (如圖 45 所示 )： 節(jié)數(shù) iW (mm) il (mm) 1 2 3 4 5 6 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 32 圖 45 優(yōu)化后 原理圖 的 仿真曲線 觀察 S11(S22)和 S21 (S12)曲線是否滿足指標要求，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。所以在版圖仿真前要看一下相鄰各 微帶 線節(jié)的微帶線寬是否相差過大，如果相差過大就會造成原理圖和版圖仿真有較大的差別，這就需要改變變量初值重新進行優(yōu)化。 用于生成版圖的原理圖 (如圖 46 所示 )： 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 33 圖 46 用于生成版圖的原理圖 版圖仿真 (如圖 47 所示 )： 圖 47 版圖仿真 版圖生成后先要設置微帶電路的基本參數(shù)，為了進行 S 參數(shù)仿真還要在濾安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 34 波器兩側(cè)添加兩個端口，做法是點擊工具欄上的 Port 按鈕，彈出 port 設置窗口，點擊 OK關閉該 窗口，在濾波器兩邊要加端口的地方分別點擊加上兩個 port，將版圖放大后可以看到兩個端口 (如圖 48 所示 )： 圖 48 添加端口 P1 和 P2 仿真運算要進行幾十 分鐘，仿真結(jié)束后將出現(xiàn)曲線顯示窗口，觀察 S11 和S21 曲線，性能有不同程度的惡化，此處要求 S21 在通帶內(nèi)衰減小于 5dB， 4GHz以上 衰減大于 20 dB。 S11 在通帶內(nèi)最好小于 20dB。 版圖仿真曲線 (如圖 49 所示 )： 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 35 圖 49 版圖仿真曲線 如果版圖仿真得到的曲 線不滿足指標要求，那么要重新回到原理圖窗口進行優(yōu)化仿真，產(chǎn)生這種情況的原因是相鄰 微帶 線節(jié)間的線寬相差過大或者其它的參數(shù)取值不合適，可以改變優(yōu)化變量的初值，也可根據(jù)曲線與指標的差別情況適當調(diào)整優(yōu)化目標的參數(shù)，重新進行優(yōu)化。 實物制作 仿真完成后要根據(jù)結(jié)果用 CAD 軟件繪制電路版圖，繪制版圖時要注意以下幾點。 (1)所用電路板是普通的雙層板，上層用來繪制電路，下層整個作為接地。在繪制版圖時受加工工藝的限制，尺寸精度到 mm 即可，線寬要大于 。 (2)考慮到加工電路板時的側(cè)向腐蝕 問題，微帶線的寬度和長度要適當增加。 (3)版圖的大小要符合規(guī)定尺寸，以便于安裝在測試架上。 用 CAD 軟件繪制電路版圖 (如圖 410 所示 )： 圖 410 電路版圖 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 36 本章小結(jié) 濾波器的作用就是過濾信號，在 安全系統(tǒng) ， 監(jiān)控系統(tǒng) ， 通信設備 ， 雷達系統(tǒng) ， 導航系統(tǒng) 以及在電子數(shù)據(jù)處理設備，自動控制設備等方面應用得比較廣泛。微帶線低 通濾波器是一種分布參數(shù)濾波器，它是由微帶線組成，具有體積小 、重量輕、價格低、性能穩(wěn)定 可靠等優(yōu)點，在微波工程中的應用相當廣泛。本章詳細地介紹了 微帶低 通濾波器的設計方法 ,包括微帶線尺寸的計算 ，原理圖仿真，版圖仿真，以及實物制作等內(nèi)容。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 37 結(jié) 論 隨著通信領域技術的飛速發(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，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)簡單，加工方便，成本低等優(yōu)點。在微波平面電路中有較為廣泛的應用。 本篇論文以研究濾波器為基礎，深入展開微帶線低 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計、軟件優(yōu) 化等方面的內(nèi)容。即先從微帶線理論著手，結(jié)合經(jīng)典濾波器 設計原理，歸一化低通原型濾波器，結(jié)合阻抗變化以及微帶電路的特性，用高阻抗線來模擬串聯(lián)電感，用低阻抗線來模擬并聯(lián)電容，把若干高阻抗線和低阻抗現(xiàn)交替級聯(lián)起來，這就構(gòu)成了低通濾波器。同時給出了設計濾波器的設計實例以及對一些公式作了推導 。 最得到了 指標 較理想的微帶高低阻抗線低通濾波。 分布參數(shù)微帶線 濾波器，在頻率很高時一根微帶線能表現(xiàn)出電感、電容及電阻等特性方面的綜合。材料特性、工藝參數(shù)、微帶濾波器 的封裝腔體等方面的偏差，都對濾波器的參數(shù)性能有很大的影響。微帶低 通濾波器的基片材料既是微波傳輸?shù)慕橘|(zhì)，又是導體微帶線附著 的載體，其材料特性對微帶線濾波器的性能有很大的影響?；牧系慕殡姵?shù)、厚度以及介質(zhì)損耗角等參數(shù)稍有變化，就會影響濾波器的整體性能指標，因此在設計時應充分地把材料的這些影響因素考慮進去，使濾波器的設計更趨合理。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 38 致 謝 在這次畢業(yè)設計中，老師給了我很大的幫助。本篇論文是在彭 老師的悉心指導下完成的。遇上的各種問題在她的指導下都很好的解決 了，她以 嚴謹?shù)膶W術態(tài) 度、廣博的專業(yè)知識、獨到的 見解給予我精心的指導和幫助，所以我要衷心感謝我的指導老師 彭金花 老師，在此向老師表示深深的謝意 ! 我還要感謝我的同學在四年的大學學習期間，不僅在學習上給予了我無私的幫助，在生活上也給我留下了美好的回憶。在這次畢業(yè)設計中也給我很大的幫助。 最后我特別要將誠摯的謝意獻給我的家人，感謝他們多年來對我的關愛、理解和支持。正是他們自始至終的支持和鼓勵，我才能夠順利完成學業(yè)。 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 39 參考文獻 [1] 甘本拔，吳萬春 .現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設計 .北京 :科學出版社， 1974 [2] 吳萬春 .集成固體微波電路 .北京 :國防工業(yè)出版社， 1981 [3] 楊愛琴，李小平 .濾波器的發(fā)展與展 望 .電子科技， 1995， 4(2):711 [4] 茍永明 .濾波器的發(fā)展及應用 .世界電子元器件， 1998， (6):5051 [5] 吳萬春，梁昌洪 .微波網(wǎng)絡極其應用 .北京 :國防工業(yè)出版社， 1980 [6] 雷振亞 .射頻 /微波電路導論 .西安 :西安電子科技人學出版社， 2021 [7] 顧其凈，項家禎，袁孝康 .微波集成電路設計 .北京 :人民郵電出版社， 1978 [8] 林為干 .微波網(wǎng)絡 .北京 :國防工業(yè)出版社， 1978 [9] Thomas 射頻集成電路設計 ,北京 :電子工業(yè)出版社， 2021 [10] 瓦 .楊森，鮑賢杰譯 .波導與帶狀線 .北京 :國防工業(yè)業(yè)出版社， 1981 [11] 孟慶鼎 .微波技術 [M].合肥 :合肥工業(yè)大學出版社， 2021 [12] 吳萬春 .現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)和設計 [M]. 北京 :科學技術出版社， 1993 [13]（美） Reinhold Ludwig 等著，王子宇等譯 .射頻電路設計 —— 理論與應用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 .2021 [14] 赫崇駿 .微波電路 [M].長沙 :國防科技大學出版社 , 1999 [15 ]劉學觀 .微波技術基礎與天線 [M].西安 :西安電子科技大學出版社， 2021 [16] 徐興福 .ADS2021 射頻電路設計與仿真實例 [M].北京 :電 子 工 業(yè) 出 版社 ,2021