【正文】 正是他們自始至終的支持和鼓勵，我才能夠順利完成學(xué)業(yè)。 當(dāng)讓要感謝忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯 的各位老師，由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，設(shè)計(jì)中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指導(dǎo)。遇上的各種問題在她的指導(dǎo)下都很好的解決，她以其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度、廣博的專業(yè)知識、獨(dú)到的專業(yè)見解給予我精心的指導(dǎo)和幫助，所以我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師嚴(yán)彬老師，在此向老師表示深深的謝意 ! 我還要感謝我的同學(xué)在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，不僅在學(xué)習(xí)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。 中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 30 致 謝 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，老師給了我很大的幫助。 盡管設(shè)計(jì)出了所要求的濾波器，并且達(dá)到了所要求的參數(shù)范圍，但濾波器結(jié)構(gòu)比較簡單，可移植性差，在外部環(huán)境復(fù)雜的實(shí)際生活中實(shí)用性不大。通過對其不斷的優(yōu)化的過程中，使仿真結(jié)果達(dá)到要求的范圍之內(nèi)。 ADS軟件中使用之前計(jì)算的微帶線數(shù)值設(shè)計(jì)一個 3階的微帶帶通濾波器，在原理圖中通過仿真觀察濾波器的重要參數(shù) S11和 S12，比較其與要求的范圍之間的差距。 中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 29 結(jié) 束 語 本文設(shè)計(jì)的是微帶線結(jié)構(gòu)的帶通濾波器，使用 ADS進(jìn)行 設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，使所設(shè)計(jì)的濾波器在通帶衰減、波紋和阻帶衰減這些重要參數(shù)上達(dá)到要求。 后期需要改進(jìn)的地方 在版圖仿真中，仿真出來的結(jié)果并不十分正確，通帶的上邊界衰減為 ,超過了所要求的范圍，而原理圖優(yōu)化中 CurrentEF=0,于是返回優(yōu)化原理圖，但微帶線尺寸并不會中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 28 改變，由于本人水平有限，這個問題一直沒有解決。 在原理圖視窗上，去掉平行耦合微帶線帶通濾波器的兩個端口“ Term”和“接地”，然后再去掉其中的優(yōu)化控件 OPTIM，剩下的部分就是用來生成版圖的原理圖了，如圖 415所示： 圖 416 用于生成版圖的原理圖 版圖仿真結(jié)果如圖 416： 圖 417 版圖仿真 版圖生成后先要 設(shè)置微帶電路的基本參數(shù)，為了進(jìn)行 S參數(shù)仿真還要在濾波器兩側(cè)添加兩個端口，做法是點(diǎn)擊工具欄上的 Port按鈕，彈出 Port設(shè)置窗口，點(diǎn)擊 OK關(guān)閉該窗口，在濾波器兩邊要加端口的地方分別點(diǎn)擊加上兩個 Port，將版圖放大后可以看到兩個端口如中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 27 圖 417所示： 圖 418 添加端口 P1和 P2 仿真運(yùn)算要進(jìn)行數(shù)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 S12在通帶內(nèi)衰減小于 2dB，起伏小于 1dB，阻帶衰減大于40 dB。 版圖的仿真是采用矩量法直接對電磁場進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果比在 原理圖中仿真要準(zhǔn)確，但是它的計(jì)算比較復(fù)雜，需要較長的時間，在此作為對原理圖設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。 版圖仿真 微帶濾波器的實(shí)際電路時有電路板和微帶線構(gòu)成的，實(shí)際電路的性能可能會與原理圖中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 26 仿真的結(jié)果有很大差別。 觀察 S12和 S11 曲線是否滿足指標(biāo)要求 (包括優(yōu)化目標(biāo)中未設(shè)定的帶內(nèi)起伏小于 1dB 的要求 )，如果已經(jīng)達(dá)到指標(biāo)要求，就可以進(jìn)行版圖的仿真了，如果沒有達(dá)到指標(biāo)要求，那么就重新進(jìn)行優(yōu)化仿真。 優(yōu)化完成后必須關(guān)掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。以目標(biāo)控件 Goal1為例，設(shè)置完成的窗口如圖 410所示： 圖 411 優(yōu)化目標(biāo)控件設(shè)置 可以清楚的看到優(yōu)化范圍是 ，衰減最小值為 2dB。耦合線的微帶線長 L、寬 W和縫隙 S是濾波器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的主要參數(shù)，在優(yōu)化中要用變量代替，便于后面修改和優(yōu)化 ， 本次優(yōu)化使用的是 ADS提供的 optim(optimization)優(yōu)化工具。 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(yùn)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(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)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。平行耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)是對稱的，所以四個耦合線節(jié)中，第 4及 3節(jié)微帶線長 L、寬 W和縫隙 S的尺寸是相同的 。運(yùn)行中的窗口如圖 44所示： 圖 45 linecale計(jì)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(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)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(shè)置控件并修改為指定參數(shù)。對于平行耦合微帶線來說，可以進(jìn)行物理尺寸和點(diǎn)參數(shù)之間的數(shù)值轉(zhuǎn)換，若給定平行耦合微帶線奇模和偶模的特性阻抗，可以計(jì)算平行耦合微帶線的導(dǎo)體帶的寬度和間隔距離。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 。 ? ?? ?20200 1| iiio JZJZZZ ??? (44) ? ?? ?20200 1| iiie JZJZZZ ??? (45) 表 41 各節(jié)奇偶特性阻抗數(shù)值 第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 偶模阻抗 奇模阻抗 微帶線尺寸的計(jì)算 在微帶帶通濾波器中，也經(jīng)常 用半波長平行耦合諧振電路來級聯(lián)形成帶通濾波器。 FBW是帶通濾波器的相對帶寬，012 f ffFBW ?? ， iJ 是 J變換的特性導(dǎo)納， Y是輸入輸出微帶線端的特性導(dǎo)納。 奇模和偶模特性阻抗的計(jì)算 首先由下列各式 (41)、 (42)、 (43)計(jì)算出耦合間 J 變換的特性導(dǎo)納 iJ 。139。如果反射系數(shù)過大，就會導(dǎo)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。 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。 圖 41是一個微帶帶通濾波器及其等效電路，它由平行的耦合線節(jié)相連組成，并且是左右對稱的，每一個耦合線節(jié)長度約為四分之一波長 (對中心頻率而言 )，構(gòu)成諧振電路 。 原理圖設(shè)計(jì) 基板參數(shù)： H:基板厚度 ( mm) Er:基板相對介電常數(shù) () Mur:磁導(dǎo)率 (1) Cond:金屬電導(dǎo)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(guān)注的技術(shù)指標(biāo)：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 。 以下及 以上衰減大于 40dB。 確定濾波器指標(biāo) 計(jì)算查表得濾波器階數(shù) N 確定標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù) 計(jì)算傳輸線基模、偶模特性阻抗 利用 ADS工具計(jì)算各節(jié)耦合線幾何尺寸 原理圖繪制 利用 ADS 進(jìn)行仿真得到波形 達(dá)到技術(shù)指標(biāo) 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(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 14 167。微帶線帶通濾波器是一種分布參數(shù)濾波器，它是由微帶線或耦合微帶線組成，具有體積小、重量輕、價(jià)格低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在微波工程中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 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。 ADS 電子設(shè)計(jì)自動化功能十分強(qiáng)大，包含時域電路仿真 (SPICElike Simulation)、頻域電路仿真 (Harmonic Balance、 Linear Analysis)、三維電磁仿真 (EM Simulation)、通信系統(tǒng)仿真 (Communication System Simulation)、數(shù)字信號處理仿真設(shè)計(jì)（ DSP）； ADS支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師開發(fā)所有類型的 RF設(shè)計(jì)，從簡單到復(fù)雜，從離散的射頻 /微波模塊到用于 通信和航天 /國防的集成 MMIC，是當(dāng)今國內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的微波 /射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件軟件 [17]。 中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 12 167。 所謂歸一化波，就是各端口的波用其對應(yīng)端口的參考阻抗進(jìn)行歸一化后得到的波，它們與同端口的電壓的關(guān)系為 n ZUa ?? （ 31） 二端口網(wǎng)絡(luò) [S] U1 U2 a1 a2 b2 b1 I2 1 端口 2 端口 I1 中國地質(zhì)大學(xué) （武漢） 學(xué)士學(xué)位論文 11 n ZUb ?? （ 32） 對于線性二端口網(wǎng)絡(luò)（如圖 32所示），歸一化入射波 a和反射波 b之間存在如下關(guān)系 : 2121111 aSaSb ?? (33a) 2221212 aSaSb ?? (33b) 式（ 33）寫成矩陣形式為 b=Sa （ 34） 矩陣 S稱為二端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣或 S矩陣，表示為 ??????? 2221 1211 SS SSS （ 35） 式（ 35）中的矩陣元素稱為網(wǎng)絡(luò)的散射參量，各項(xiàng)矩陣參量的物理意義為： 01111 2 ?? aabS 表示端口 2匹配時，端口 1的反射系數(shù)； 02222 1 ?? aabS 表示端口 1匹配時，端口 2