【正文】 W = 和微帶線的長度 L = 。 在【 Microstrip Substrate】對話框中進行設(shè)置，設(shè)置好后在原理圖中有： 9 （ 2） 在微帶線元件面板上，選擇一個微帶線 MLIN，插入原理圖的畫圖區(qū)。 利用 ADS 的工具 tools 完成對微帶線的計算 利用 ADS 提供的工具 tools，可以進行微帶線物理尺寸和電參數(shù)之間的數(shù)值計算，若給定微帶線的特性阻抗和電長度，可以計算 微帶線的寬度。 濾波器 阻帶衰減 25dB；在頻率 和 處， 衰減 3dB；輸入輸出阻抗： 50Ω。下面我們用 ADS 設(shè)計并仿真微帶短截線帶阻濾波器的原理圖。 ADS 可以為電路設(shè)計者提供進行模擬、射頻與微波等電路和通信系統(tǒng)設(shè)計的仿真分析方法，其提供的仿真分析方法大致可以分為時域仿真、頻域仿真、系統(tǒng)仿真和電磁仿真。完成系統(tǒng)建模后，就可用實際 RE 和 DSP 電路設(shè)計替代行為模型，評估它們對性能的影響。 ADS 采用自頂至底的設(shè)計和自底至頂?shù)尿炞C方法，將系統(tǒng)設(shè)計和驗證時間降到最少。它提供優(yōu)秀的頻率模式和混合模式電路仿真器，可以模擬整個通信信號通路，完成從電路到系統(tǒng)的各級仿真。除上述的設(shè)計模擬功能外， ADS 也提供輔助設(shè)計功能，如 Design Guide 是以范例及指令方式示范電路或系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃流程，而 Simulation Wizard 是以步驟式界面進行電路設(shè)計與分析。此外和多家 芯片廠商合作建立 ADS Design Kit 及 Model File 供設(shè)計人員使用。附加的傳輸線 段稱為單位元件。 科洛達規(guī)則 科洛達規(guī)則是利用附加的傳輸線段，得到在實際上更容易實現(xiàn)的濾波器。 當傳輸線的長度 時，這種選擇適合將集總元件低通濾波器原型轉(zhuǎn)換為由傳輸線構(gòu)成的帶阻濾波器。終端開路傳輸線的輸入導(dǎo)納為 （ ） 式中 S = j 為理查德變換。 5 終端短路的一段傳輸線可以等效為集總元件電感，等效關(guān)系為 （ ） 式中 S = j （ ） 稱為理查德變換。終端短路和終端開路傳輸線的輸入阻抗具有純電抗性，利用傳輸線的這一特性，可以實現(xiàn)集總元件到分布參數(shù)元件的變換。我們這次設(shè)計采用短截線方法，將集總元件濾波器變換為分布參數(shù)濾波器，其中理查德變換用于將集總元件變換為傳輸段，科洛達規(guī)則可以將各濾波器元件分隔。 濾波器 阻帶衰減 25dB；在頻率 和 處， 衰 減 3dB；輸入輸出阻抗： 50Ω。 設(shè)計時間：第一周至第十七周。 18 3 1．課程設(shè)計要求： 1. 1 設(shè)計題目：帶阻濾波器的設(shè)計與仿真。 17 4. 心得體會 8 優(yōu)化設(shè)計過程 7 ADS 簡介 電磁波與微波技術(shù) 課 程設(shè)計 帶阻濾波器的設(shè)計與仿真 課 題：帶阻濾波器的設(shè)計與仿真 指導(dǎo)老師： 姓 名： 學(xué) 號： 2 目錄 1. 設(shè)計要求 3 2. 微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎(chǔ) 3 理查德變換 4 科洛達規(guī)則 6 3. 設(shè)計步驟 7 初步設(shè)計過程 14 對比結(jié)果 17 5. 參考文獻 設(shè)計 方式：分組課外利用 ads 軟件進行設(shè)計。 帶阻濾波器 中心頻率： 6GHz；相對帶寬： 9%；帶內(nèi)波紋： 。 2．微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎(chǔ) 當頻率不高時，濾波器主要是由集總元件電感和電容構(gòu)成，但當頻率高于 500Mz 時，濾波器通常由分布參數(shù)元件構(gòu)成，這是由于兩個原因造成的，其一是頻率高時電感和電容應(yīng)選的元件值小，由于寄生參數(shù)的影響 ，如此小的電感和電容已經(jīng)不能再使用集總參數(shù)元件；其二是此時工作波長與濾波器元件的物理尺寸相近，濾波器元件之間的距離不可忽視，需要考慮分布參數(shù)效應(yīng)。 理查德變換 4 通過理查德變換，可以將集總元件的電感和電容用一段終端短路和終端開路的傳輸線等效。 在傳輸 線理論中，終端短路傳輸線的輸入阻抗為： = （ ） 式中 當傳輸線的長度 = 時 （ ） 將式（ ）代入式（ ），可以得到 （ ） 式中 （ ） 稱為歸一化頻率。 同樣，終端開路的一段傳輸線可以等效 為集總元件的電容。 前面將電感和電容用一段傳輸線等效時，傳輸線的長度選擇為 ，這樣的選擇有個好處，因為點 f = S = j = j1 （ ） 這適合將集總元件低通濾波器原型轉(zhuǎn)換為由傳輸線 構(gòu)成的低通濾波器，這時低通濾波器原型的電感值與終端短路傳輸線的歸一化特性阻 6 抗值相等，低通濾波器原型的電容值與終端開路傳輸線的歸一化特性導(dǎo)納值相等。所以我們在做設(shè)計時用的傳輸線的長度 為 。利用科洛達規(guī)則既可以將串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線，又可以將短截線在物理上分開。 3 設(shè)計步驟 ADS 簡介 ADS（ Advanced Design System）電子設(shè)計自動化軟件為美國Agilent Technologies 公司的產(chǎn)品，該軟件的功能包含時域電路模擬（ SPICE－ like Simulation）、頻域電路模擬（ HarmonicBalance Linear Analysis）、電磁模擬（ EM Simulation）、通信系統(tǒng)模擬（ Communication SystemSimulation）、數(shù)字信號處理設(shè)計（ DSP）等。使用者可以利用 Design Kit 及軟件模擬功能進行通信系統(tǒng)的設(shè)計、規(guī)劃與 7 評估，以及 MMIC／ RFIC、類比與數(shù)位電路設(shè)計。 ADS 還能提供與其他設(shè)計模擬軟件（如 SPICE、 Mentor Graphics 的 ModelSim、 Cadence 的 NCVerilog、Mathworks 的 MATLAB 等）做 Co－ Simulation，加上豐富的元件／應(yīng)用模型庫及量測／驗證儀器間的連接功能，將增加電路與系統(tǒng)設(shè)計的方便性、速度與精確性。它把廣泛的經(jīng)過驗證的射頻、混合信號和電磁設(shè)計工具集成到一個靈活的環(huán)境中。它具有 DSP、 RF 和 EM 協(xié)同仿真能力，從而能在系統(tǒng)級設(shè)計中高效率地分配和優(yōu) 化系統(tǒng)性能。當任何一級仿真結(jié)果不理想時，都必須回到原理圖中重新進行優(yōu)化，并再次進行仿真，直到仿真結(jié)果滿意為止，這樣可以保證實際電路與仿真電路的一致性。 初步設(shè)計過程 8 利用微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎(chǔ)，可以方便地設(shè)計出符合技術(shù)指標的微帶短截線濾波器。 微帶短截線帶阻濾波器的設(shè)計指標如下： 中心頻率： 6GHz；相對帶寬： 9%；帶內(nèi)波紋： 。 創(chuàng)建原理圖 啟動 ADS 軟件創(chuàng)建一名為 Filter_Stubl 的原理圖。 （ 1） 設(shè)置微帶線參數(shù)。 （ 3） 在畫圖區(qū)中選中微帶線 MLIN,再選擇【 tools】調(diào)出【 LineCalc】 計算窗口。 10 （ 5） 在【 LineCalc】計算窗口，繼續(xù)計算 將頻率 Freq 設(shè)置為 6 GHz 將微帶線的特性阻抗設(shè)置為 50 Ohm 點擊【 Synthesize】按鈕可計算出微帶線的寬度 W = （ 6） 在原理圖畫圖區(qū)中，計算終端開路的微帶線 MLOC. （ 7） 在【 LineCalc】計算窗口，設(shè)置： 將頻率 Freq 設(shè)置為 6 GHz 將微帶線的特性阻抗設(shè)置為 Ohm 將微帶線的長度相移設(shè)置為 90 度 點擊【 Synthesize】按鈕可計算出 微帶線的 寬度 W = 和微帶線的長度 L = 。 （ 9） 通過上述計算得到的數(shù)據(jù)，是微帶短截線帶 阻 濾波器的尺寸。 （ 2）在原理圖的元件面板列表上，選擇微帶線【 TlinesMicrostrip】元件面板上出現(xiàn)與微帶線對應(yīng)的元件圖標。 （ 6）應(yīng)用連接工具，將 MTEE , MLOC， Term 和 MLIN 相連如下圖： 原理圖仿真 （ 1）在 S 參數(shù)仿真元件面板上，選擇 S 參數(shù)仿真控件 SP,插入到原理圖中，并設(shè)置如下： 13 （ 2）對微帶短截線帶阻濾波器的原理圖仿真。 在優(yōu)化仿真之前，先設(shè)置變量，然后再添加優(yōu)化控件和目標控件。再對原理圖中 TL2 和 TL3 進行設(shè)置如下： 14 TL2 的導(dǎo)體寬度設(shè)置為 W = x1 mm TL3 的導(dǎo)體寬