基于ADS微帶短截線帶阻濾波器的設計

西華師范大學物理與電子信息學院 尹彩霞

基于ADS微帶短截線帶阻濾波器的設計

西華師范大學物理與電子信息學院 尹彩霞

本文采用微帶短截線來實現分布參數的帶阻濾波器，在微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎上，借助ADS(Advanced Design System）軟件工具設計出一個中心頻率為3GHz，阻帶頻率范圍為2GHz～4GHz，在阻帶內最大衰減小于3dB，在2．7GHz和3．3GHz時衰減大于25dB的微帶短截線帶阻濾波器。并進行優化參數，得出仿真結果及電路板圖。

短截線；帶阻濾波器；ADS；微帶線

1 引言

本文討論采用微帶短截線來實現帶阻濾波器,但當頻率達到GHz時,通常由分布參數元件代替集總參數元件濾波器,通過理查德變換,可以將頻率高時的小電感和小電容等效為一段終端短路或開路的傳輸線,因而實現了集總元件到分布參數元件的變換［1］。并借助ADS軟件設計出符合指標的微帶短截線帶阻濾波器。

2 微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎

由集總元件低通濾波器原型可以變換為分布參數帶阻濾波器,而分布參數帶阻濾波器采用微帶短截線來實現,其中理查德(Richards)變換用將集總元件變換為傳輸線段,科洛達(Kuroda)規則可將各濾波器元件分隔開［1］。

圖1 微帶短截線帶阻濾波器原理圖

3 微帶短截線帶阻濾波器的設計實例

微帶短截線帶阻濾波器的設計指標如下：

中心頻率為3GHz,阻帶頻率范圍為2GHz～4GHz,在阻帶內最大衰減小于3dB,在2.7GHz和3.3GHz時衰減大于25dB,系統特性阻抗為50Ω。

根據微帶短截線帶阻濾波器的設計要求,選用微帶線的基板厚度為1mm,相對介電常數為2.7,金屬層厚度T=0.05mm,損耗正切值TanD=0.0003。利用ADS的微帶線計算器LineCale計算出微帶短截線的尺寸,如表1所示。

將表1微帶短截線的尺寸導入ADS中,并添加微帶電路板參數控件和S參數仿真控件,畫出原理圖,如圖1所示。

對原理圖進行仿真,得到S21參數如圖2所示。

圖4 帶阻濾波器原理圖生成的版圖

表1 微帶線短截線的尺寸

圖2 仿真結果

圖3 優化仿真結果

分析上述仿真結果圖,可以得出S21曲線在2GHz處, S21=-0.539dB,在4GHz處,S21=-0.829dB,滿足而在通帶2GHz～4GHz最大衰減小于3dB的技術指標。在2.7GHz處, S21=-24.048dB,在3.3GHz處,S21=-27.382dB,在2.7GHz和3.3GHz處衰減大于25dB,不滿足設計要求,因此需要進一步優化。添加變量控件VAR,優化Optim控件,及4個Goal目標控件來進行優化。這4個Goal控件用來：優化通帶內的S(2,1),優化低端阻帶內的S(2,1) (在2.7GHz以下達到25dB衰減),優化高端阻帶內的S (2,1)(在3.3GHz以上達到25dB衰減)。根據設計好的各控件優化參數,就可以對其進行優化仿真了。優化仿真結果如圖3所示。

由優化后的S21曲線知,在2.7GHz和3.3GHz處衰減大于25dB的技術指標,達到設計目標。將優化后的原理圖生成版圖,如圖4所示。

4 結論

本文在微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎上,分布參數帶阻濾波器采用微帶短截線來實現,設計了一個中心頻率為3GHz的微帶短截線帶阻濾波器實例,闡述了借助ADS軟件怎樣完成帶阻濾波器的設計方法。從得出的仿真結果中來看,此設計滿足技術指標,也可以看出利用ADS軟件做濾波器的優點。

[1]黃玉蘭．射頻電路理論與設計[M]．北京:人民郵電出版社,2008．10

[2]清華大學《微帶電路》編寫組．微帶電路[M]．北京:人民郵電出版社,1975

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[4]徐興福．ADS2008射頻電路設計與仿真實例[M]．北京:電子工業出版社,2009

[5]黃玉蘭．基于ADS的微帶低通濾波器的實現[J]．西安郵電學院學報,2009．14(5):9-12