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收信机的阶跃阻抗低通滤波器的设计第一部分试验箱中的滤波器的分析一、介质板参数的确定使用ADS的LineCalc计算软件进行计算介质板的相对介电常数，经过测量得到介质板厚度为2mm，认为其相对磁导率为1，微带线金属片的厚度为0.005mm，金属片的电导率为4.1e7，损耗角正切为0.002。
在介电常数为9.6、频率为500MHz的情况下，得到的微带线的宽度为1.97mm，与介质板上的50欧姆传输线基本符合，故在本次设计仿真中，采用认为介电常数为9.6。
二、根据测量得到的尺寸进行ADS仿真1、原理图2、S参数仿真结果三、滤波器的性能分析由仿真结果可以看出：滤波器的截止频率约为970MHz，0-500MHz通带内最大衰减为0.31dB。
查阅使用说明书可知，微波混频器的射频工作频率： 2-3GHz本振工作频率： 2-3GHz中频频率： 1-500MHz因此，作为下变频混频器的带外抑制滤波器，其截止频率只要大于500MHz，并且在2GHz有较大的插入损耗即可满足要求。
第二部分阶跃阻抗低通滤波器的设计一、实验原理用微带线或带状线实现低通滤波器的一种相对容易的方法，是用很高和很低特征阻抗的传输线段交替排列的结构。
像这样的滤波器通常称为阶跃阻抗滤波器。
因为与用短截线制作的类似的低通滤波器相比，它容易设计并且结构紧凑，所以较为流行。
然而，因为它的近似性，它的电特性不是很好，所以这类滤波器通常限制在不需要有陡峭截止的应用中（例如，在抑制带外混频器产物中）。
1、短传输线段近似等效电路[1]我们首先求找有很高或很低特征阻抗的短传输线段的近似等效电路。
特征阻抗为、长度为l的传输线的ABCD参量为：A= B=jC=j D=然后根据二端口网络的参量转换关系式：====求出Z参量为：==其T型等效电路的串联元件是：-=-j=jT型等效电路的并联元件是。
所以，若，则串联元件有正电抗（电感），而并联元件有负电抗（电容）。
所以我们有图1.1(a)所示的等效电路，其中=（1.1a）B=（1.1b）(a)(b)(c)图1.1短传输线段的近似等效电路：（a）传输线段的T型等效电路；（b）小的和大的等效电路；（c）小的和小的等效电路现在假定有短的线长（）和大的特征阻抗，则式(1.1)可近似简化为X (1.2a)B0 (1.2b)这对应于图1.1（b）所示的等效电路（串联电感）。
•引言•微波滤波器基本原理•ADS 软件在微波滤波器设计中的应用•微波滤波器制作工艺流程•调试技巧与常见问题解决方案•实验案例分析与讨论•总结与展望目录01引言微波滤波器概述微波滤波器是一种用于控制微波频率响应的二端口网络，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
微波滤波器的主要功能是允许特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率范围的信号，从而实现信号的选频和滤波。
微波滤波器的性能指标包括插入损耗、带宽、带内波动、带外抑制等，这些指标直接影响着通信系统的性能。
设计制作与调试重要性设计是微波滤波器制作的首要环节，良好的设计能够确保滤波器的性能指标满足系统要求。
制作是将设计转化为实物的过程，制作精度和质量直接影响着滤波器的最终性能。
调试是对制作完成的滤波器进行性能调整和优化，使其达到最佳工作状态的过程。
本教程旨在介绍微波滤波器的设计、制作与调试过程，帮助读者掌握相关知识和技能。
教程内容包括微波滤波器的基本原理、设计方法、制作流程和调试技巧等。
通过本教程的学习，读者将能够独立完成微波滤波器的设计、制作与调试，为实际工程应用打下基础。
教程目的和内容02微波滤波器基本原理低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器微波滤波器分类工作原理及性能指标工作原理性能指标常见类型微波滤波器特点集总参数滤波器分布参数滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器03ADS软件在微波滤波器设计中的应用ADS软件简介及功能模块ADS（Advanced Design System）是一款领先的电子设计自动化软件，广泛应用于微波、射频和高速数字电路的设计、仿真与优化。
ADS软件包含多个功能模块，如原理图设计、版图设计、电磁仿真、系统级仿真等，可满足不同设计阶段的需求。
ADS软件支持多种微波滤波器类型的设计，如低通、高通、带通、带阻等，具有强大的设计能力和灵活性。
微波滤波器设计流程确定滤波器类型和性能指标根据实际需求选择合适的滤波器类型，并确定滤波器的性能指标，如中心频率、带宽、插入损耗、带外抑制等。
低通滤波讲解
低通滤波是一种信号处理技术，可以将高频信号中的高频成分滤除，留下低频成分。
这种滤波器会通过减小信号的频率响应来降低高频信号。
低通滤波器可以用于许多应用场景，例如音频处理、图像处理和通信系统中。
它们可以滤除噪音、平滑信号、降低功率和改善信号质量。
在低通滤波器中，一般会使用一个截止频率来界定低频和高频信号。
截止频率是一个界限，低于该频率的信号成分会被保留，而高于该频率的信号成分会被滤除。
常见的低通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
它们使用不同的数学算法和电路结构来实现滤波功能。
在数字信号处理中，低通滤波器可以通过离散时间域或离散频率域来实现。
离散时间域的低通滤波器可以通过差分方程或卷积来计算。
离散频率域的低通滤波器可以通过傅里叶变换或离散傅里叶变换来计算。
总之，低通滤波器可以帮助我们控制信号的频谱内容，去除不需要的高频成分，使得信号更加平滑和纯净。
青岛理工大学基于ADS软件低通滤波器的仿真设计报告课题名称：基于ADS软件低通滤波器的仿真设计学院（系）：通信学院年级专业：电子专业11级学生姓名：陈金科指导教师：聂廷远一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义微带滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。
它的要紧作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。
滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的进程，研究滤波器能够去除输入信号中没必要要的信息，也能够排除噪声对输入信号的干扰，它在微波中级通信、卫星通信、雷达技术、电子对抗和微波测量中，都有普遍应用。
在1937年，由W．P Mason和R．A．Sykes发表的文章中第一研究了微波滤波器，他们是利用了ABCD参数推导出了大量有效滤波器相位和衰减函数。
应用映像参数方式那时要紧在美国各大实验室中，例如在Mn’实验室里，他们重点研究波导滤波器，而在Harvard实验室重点研究宽带低通、带通同轴及窄带可调谐滤波器。
映像参数方式的工作大多在MIT实验室由Fano 和Lawson完成，他们的高作关于微波滤波器有比较清楚的介绍，乃至在40年后还有应用价值。
在随后的微波滤波器理论的研究和进展进程中，许多专家和学者做出了重大的奉献。
Cohn在集总元件低通滤波器原型机的基础上第一个提出了方便有效的直接耦合空腔滤波器理论。
上世纪60年代，G．L．Matthaei在其专著中对微波滤波器的经典设计方式做出了较全面、系统的介绍，但要紧针对最平坦型和契比雪夫型，未涉及椭圆函数型和广义契比雪夫型。
70年代初，A．E．Williams 和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低阶滤波器。
A．E．Atia,A．E．Williams和R．W．Newcomb 对交叉耦合合展开研究，总结出传输零点对称散布时的偶模网络和相应的偶模矩阵的综合方式。
Levy成立了集总和散布原型的元件公式间的联系，给出了推导原型元件的简单而准确的公式；Rhode成立起了线性相位滤波器理论。
第11章分布参数低通滤波器的仿真
当频率不高时，集总元器件滤波器工作良好，但当频率达到或接
近GHz时，滤波器通常由分布参数元器件构成，这是由于两个原因造
成的，其一是频率高时电感和电容应选的元器件值过小，由于寄生参
数的影响，如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元器件；其
二是此时工作波长与滤波器元器件的物理尺寸相近，滤波器元器件之
间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。
本章讨论由分布参数构成的低通滤波器，分布参数低通滤波器
可以由阶梯阻抗低通滤波器或短截线低通滤波器实现，本章主要介
绍利用ADS软件设计分布参数低通滤波器的方法。
本章将首先给出
分布参数低通滤波器的理论基础，然后讨论如何利用ADS软件设计、
仿真、调谐与优化分布参数低通滤波器，针对微带线阶梯阻抗低通
滤波器和短截线低通滤波器，本章将完成符合技术指标的滤波器原
理图和布局图。
11.1 微带阶梯阻抗低通滤波器的仿真
阶梯阻抗低通滤波器也称为高低阻抗低通滤波器，它是一种结构简洁的电路，其由很高和很低特性阻抗的传输线段交替排列而成，结构紧凑，便于设计和实现。
本节将给出符合技术指标的微带线阶梯阻抗低通滤波器原理图，并由原理图给出阶梯阻抗低通滤波器版图。
11.1.1 微带阶梯阻抗低通滤波器的理论基础
1．短传输线段的近似等效电路
阶梯阻抗低通滤波器是由特性阻抗很高或很低的短传输线段构成，短传输线段的近似等
Z、长度为l的传输线的Z矩阵为
效电路需要讨论。
一段特性阻抗为。
课程设计说明书
题目：基于ADS设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器
学院（系）：
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
基于ADS设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器
摘要：用微带或带状线实现低通滤波器的一种相对容易的方法是用很高和很低特征阻抗的传输线交替排列的结构。
这种滤波器通常称为阶跃阻抗或高Z-低Z滤波器，由于它结构紧凑且较容易设计，因此是首选设计方法。
在设计2GHz阶跃阻抗低通滤波器时，核心之一是采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线代替串联电感和并联电容。
关键词：阶跃阻抗低通滤波器；微带线；定标公式；
Based on the ADS design 2 GHZ step impedance
low pass filter
Abstract: Using microstrip or stripline low pass filter is a relatively easy way with high and low characteristic impedance of the transmission structure arranged alternately. This filter is usually called step impedance is low or high Z - Z filter, due to its compact structure, and is easier to design, so design method is preferred. In design 2 GHZ step impedance low pass filter, one of the core is the impedance and frequency calibration formula, with low impedance and high impedance line instead of series inductance and the shunt capacitance.
Key words: Step impedance low pass filter; Microstrip line. Scaling formula;
学习目的
1. 学习射频电路的理论知识；
2. 掌握ADS并可以设计射频电路；
3. 通过ADS设计阶跃阻抗低通滤波器；
学习器件
ADS(Advanced Design system)软件
ADS软件介绍
ADS全称Advanced Design system，是Agilent公司2008年推出新版本的EDA软件。
ADS经过多年的发展，仿真功能和仿真手法日益完善，最大的特点是集成了从IC级到电路级直至系统级的仿真模板。
它内含基于矩量法的电磁仿真模板，ADS Momentum是一种对3D进行简化的2.5D电磁仿真器，非常适合第三维上均匀变化的结构仿真，如PCB板级设计、无源板级器件设计等。
其仿真速度极快，同时保证和主流3D电磁仿真软件相当的精度。
此外Agilent公司和多家半导体厂商合作建立ADS Design Kit 及Model File 供设计人员使用。
使用者可以利用Design Kit 及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估，及MMIC/RFIC、模拟与数字电路设计。
除上述仿真设计功能外，ADS软件也提供辅助设计功能，如Design Guide是以范例及指令方式示范电路或系统的设计流程，而Simulation Wizard是以步骤式界面进行电路设计与分析。
ADS还能提供与其他EDA软件，如SPICE、Mentor Graphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的Matlab等做协仿真（Co-Simulation），加上丰富的元件应用模型Library及测量/验证仪器间的连接功能，将能增加电路与系统设计的方便性、速度与精确性。
低通原型滤波器设计
1.滤波器的设计步骤：
1）根据设计要求确定低通原型的元器件值。
2）采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线段代替串联电感和并联电容。
3）根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算。
2.先计算：
5.013/41w =-=-Wc
对于n=0.5时，LA>20dB ，故最大平坦滤波器级数n=0.5。
滤波器原理图设计
1.设计原理图
（1）打开ADS2008时，执行【File 】→【Open Project 】，打开“Step_Filter ”工程。
（2）在“Step_Filter ”工程中创建一个名为“Step_im_filter ”的原理图。
（3）选择“Tline-Microstrip ”元器件面板列表，并选择8个微带线添加到原理图中，按照图1所示方式连接起来。
图2滤波器原理图
这样就完成了滤波器原理图基本结构，为了达到设计性能，还必须对滤波器中微带电路的电气参数和尺寸进行设计。
2.电路参数设计
（1）在“Tline-Microstrip”元器件面板中选择微带参数设计控件MSUB 添加到原理图中。
（2）双击MSUB控件，将基片参数按照图2进行设置。
图2MSUB控件设置
在原理图设计窗口中执行菜单命令【Tool】→【LineCalc】→【Start LineCalc】,打开LineCalc工具。
对元器件参数的设置
①根据题目要求，这里Fred=2GHz，表示微带线工作频率为2GHz。
②Wall1=默认值，表示条带H的边缘到第一侧壁的距离，默认值为
1.0e+30mil
③Wall2=默认值，表示条带H的边缘到第二侧壁的距离，默认值为
1.0e+30mil
（3）参数显示窗口
参数显示窗口包含了物理尺寸参数设置栏和电尺寸参数设置栏。
如下图所示。
在电尺寸参数设置栏设置如下：
①Z0=50Ohm，表示微带阻抗为50Ohm
②E_Eff=90deg,表示微带线的电长度为90deg
③W=3.087mm，表示微带线金属片的宽度为3.087mm
④L=16.689mm，表示微带线长度为16.689mm
低通滤波器原型电路参数结果见下表1
表1各指节的长度和宽度
（4）微带线的长L、宽W是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量替换，便于后面修改和优化。
8段微带线参数按照图4所示进行设置，如下图所示。
图4完成参数设置的电路原理图
（5）添加变量控件VAR到原理图中。
（6）双击变量控件VAR，弹出变量设置对话框，如图5所示，在该对话框中进行相关变量设置，如下图所示。
图5变量设置对话框
单击【Tune/Opt…】按钮打开参数优化对话框设置变量的取值范围，选择“Optimation”标签页。
其中，“Enable/Disable”表示该变量能否被优化，“Minimum Value”表示可以优化的最小值，“Maximum Value”表示可以优化的最大值。
（7）对微带滤波器中微带线的变量进行取值以及优化。
（8）单击【OK】按钮完成设置。
这样，一个完整的微带低通滤波器的电路就完成了，如图6所示。
图6完成电路参数设置的原理图
滤波器原理图仿真
（1）单击工具栏中的仿真按钮执行仿真，并等待仿真结束。
（2）仿真结束后，弹出显示窗口。
首先在数据窗口中添加S21参数的矩形图，并在图中插入标记。
（3）在数据显示窗口中添加S11参数的矩形图，插入标记。
如图7所示，即为滤波器S21和S11参数曲线图。
图7滤波器的S21和S11参数曲线
总结
通过对ADS的学习，我对滤波器的设计有了更深的认识，尤其是对具体不同类型的滤波器的工作原理以及各种滤波器器件的设计有深入了解。
此外，通过对实际所要求的滤波器的设计，增加了我的的实际动手能力，通过本次
ADS射频滤波器的设计也培养了自己的自学能力。
总而言之，通过本次的实习，受益匪浅。
今后我要增强这方面的锻炼，将课本中所学的知识转化为实践。
参考文献
[1]徐兴福.《ADS2008射频电路设计与仿真》.电子工业出版社.2010.9
[2] 殷际杰.《微波技术与天线》. 电子工业出版社.2009.1
[3] 陈艳华.《ADS应用详解--射频电路设计与仿真》. 人民邮电出版社，2008.9
[4]刘长军.《射频通信电路设计》.北京：科学出版社，2005.9。
