【正文】 ? 在 GHz和 20dB滿足技術(shù)指標(biāo)。 圖 優(yōu)化圖（ a） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 43 頁 圖 優(yōu)化圖（ b） 圖 優(yōu)化后的 S 參數(shù)曲線圖 由圖 ： ? 中心頻率為 ，滿足技術(shù)指標(biāo)。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。優(yōu)化過程中系統(tǒng)會自動打開一個狀態(tài)窗口顯示優(yōu)化結(jié)果，其中的“ CurrentEF”表示與優(yōu)化目標(biāo)的偏差，當(dāng)它的值減小到 0的時候表示達(dá)到了優(yōu)化目標(biāo) .如下圖 (a)、 (b)所示。 表 其他 3 個優(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， 點擊保存 ， 最后所得的優(yōu)化原理圖如圖 。 圖 Optim 控件參數(shù)設(shè)置 完成設(shè)置的 “ SP” 控件如圖 。 （ 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)。 完成 S和 L的范圍設(shè)定后，還需要選擇優(yōu)化方式陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 43 頁 和優(yōu)化目標(biāo)。 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 微帶線段兩個導(dǎo)體帶的間隔 S和耦合微帶線的長度 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)。 圖 仿真面板設(shè)置 (6)單擊【 OK】按鈕，返回“ Plot Traces ＆ Attributes”對話框，單擊【 OK】按鈕， 會顯示 仿真結(jié)果如圖 。然后 單擊工具欄中的 [Simulate]按鈕進(jìn)行仿真 ，如圖 。 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 ，步長選擇為 ，如圖 示， 完成設(shè)置的 “ SP” 控件如圖 。單擊工具欄中的 接地 圖標(biāo)，放置 2個“地”，連接好電路原理圖。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 43 頁 圖 MSUB 控件設(shè)置 原理圖設(shè)計完成后，接下來進(jìn)行原理圖仿真，根據(jù)設(shè)計的指標(biāo)要求，主要是對它的 S參數(shù)進(jìn)行仿真和分析。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 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 43 頁 圖 Mclin參數(shù)設(shè)置 （ 7） 用鼠標(biāo)雙擊原件 MLOC、 MCURVE、 MTEE 依 次修改原件參數(shù) ， 完成參數(shù)后電路原理圖如下 圖 所示 。 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 。 圖 ADS 原理圖窗口 （ 3） 在原理圖設(shè)計窗口中選擇 TLinesMicrostrip 元件面板列表，并選擇 27 個 MLIN、 10 個MLOC、 10個 MCURVE、 4個 Mclin、 2個 MTEE、 1個 MSUB如下圖 。 執(zhí)行菜單命令 [File] [New] [Workspace]，或點圖標(biāo)創(chuàng)建一個工程 文件， 如下圖 。 表 各階耦合微帶線參數(shù)列表 階數(shù) i 偶模阻抗（ 1, ?ii ） 奇模阻抗（ 1, ?ii ） 發(fā)夾間距 S /mm 微帶線寬 W /mm 微帶線長 L /mm 0 1 2 3 4 5 由式 ()計算出，濾波器的抽頭位置約為 11 mm。 通過頻率變換公式計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 切比雪夫濾波器原件參數(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計算工具，如圖 。 設(shè)計的 流程圖 否 達(dá)到指標(biāo)要求 圖 平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計的流程圖 whrrre 12112121????? ???計算查 圖 得濾波器 階數(shù) N 并確定 低通原型 計算傳輸線奇偶模特性阻抗 確定 帶通濾波器 指標(biāo) 計算微帶線尺寸 仿真（優(yōu)化） 得到最終 仿真 圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 43 頁 ?? gg3 微帶發(fā)夾型帶通濾波器的設(shè)計實例及過程 ]19[ 器設(shè)計指標(biāo)要求 （ 1） 中心頻率 ： GHz； （ 2） 帶寬 200 MHz； （ 3） 通帶波紋 3dB； （ 4） 在頻率 . 和 處， 頻率 衰減 ≥20dB； （ 5） 輸入輸出特性阻抗為 50Ω 。w 是指 微帶線 的 線寬 。 有效介電常數(shù)為 ： () 上 式中 ， rε 是指 基片的相對介電常數(shù) 。 )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。 頻率轉(zhuǎn)換公式 : () 歸一化帶寬： （ ) （ 2） 用 1g , 2g ,..., Ng , 1?Ng 和 WB 確定帶通濾波器電路中的設(shè)計參數(shù)耦合傳輸線的奇模和偶模的特性阻抗 : () ])(1[ 21,01,000 ?? ??? iiiie JZJZZZ ])(1[ 21,01,000 ?? ??? iiiie JZJZZZ 其中下標(biāo) i, i+1 表示耦合段單元 , 0Z 取 50Ω，是濾波器輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗 。利用帶通濾波器的頻率轉(zhuǎn)換公式，確定歸一化頻率。 ]1615[ ? 為了設(shè)計一個符合要求的帶通濾波器結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計算。帶寬大于 10%15%時，第一級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。 該 濾波器 可以通過平行線耦陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 43 頁 w w ?? )( 0012 01001,0 21 ggBπZJ W?1,...,3,2,21101,?????NiggBπZJiiWii 其中101, 21???NNWNN gg BπZJ合或半波長諧振器耦合轉(zhuǎn)換成 “ U” 字形成 。 型 微波帶通 濾波器的理論基礎(chǔ)及設(shè)計流程 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 幾個發(fā)夾諧振器耦合而成 。耦合微帶傳輸線由靠得很近的 3個導(dǎo)體構(gòu)成 ， 如圖 。一般有兩個方面的作用：一是它把高頻信號能進(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)成一個匹配網(wǎng)絡(luò)，使信號輸出端與負(fù)載很好地匹配。 所以，微帶線 導(dǎo)體具有 較 高的導(dǎo)電性， 且 穩(wěn)定性好，并且對基 片 的附著力 很強(qiáng)等 特性 ]13[ 。一般用薄膜技術(shù)制造。但 其 損耗 較 大，功率的容量 也較低 。 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) 電路板的相對介電常數(shù)。如果 微帶 線 的 厚度， 寬度 和所接地平面之間的距離是可以變化的 ， 那么他的特性阻抗也就隨之變化 。和 接地平面之間 被一種 電介質(zhì)隔離 開 。實際濾波器既不能實現(xiàn)通帶內(nèi)信號無損耗地通過，也不能讓那個實現(xiàn)阻帶內(nèi)信號衰減無窮大。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。矩量法將激勵和加載分割成若干個部分，并將一個泛函方程化成矩陣方程，從而得到射頻電路電磁分 布的數(shù)值解，若激勵和加載分割的越細(xì)致 ， 矩量法的點此數(shù)值解就越精確 ]109[? 。仿真速度極快，同時保證精度 很高 。ADS 具有豐富的仿真分析功能，主要應(yīng)用在微波系統(tǒng)電路仿真設(shè)計、數(shù)字信號處理仿真設(shè)計、系統(tǒng)的仿真、電磁場的矩量仿真、二維或三維電磁仿真、頻域電路仿真等。 ADS軟件一個功能十分強(qiáng)大的射頻自動化設(shè)計軟件工具，該軟件便于與其他軟件連接，便于與測試設(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，實業(yè)界首選的視頻自動化軟件設(shè)計平臺。 ADS 仿真軟件介紹 本文采用 ADS軟件 ,通過 ADS進(jìn)行仿真和優(yōu)化， 驗證所設(shè)計的 微波帶通 濾波器的準(zhǔn)確性。這方面的研究具有很大的市場前景。現(xiàn)實生活中的一些微波系統(tǒng)，例如 GPS、蜂窩通信、電視等，使用的通信設(shè)備要求不僅要價錢便宜還要性能高。 由于微帶線本身體積小、質(zhì)量輕、加工簡單容易、制版方便快捷，另外還可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合與應(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)計師們的青睞。近些年，由于電磁環(huán)境的復(fù)雜化及頻率擁擠現(xiàn)象的嚴(yán)重化，對微波濾波器的技術(shù)指標(biāo)有了更進(jìn)一步的要求，因此，研制性能更佳、體積更小的濾波器以達(dá)到降低系統(tǒng)對有用信號的減弱，更好地使所需要的信號通過，阻止各種不需要的干擾信號的目的，已經(jīng)變?yōu)橐粋€深受關(guān)心的問題。微波濾波器是一種頻