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应用ADS设计微带线带通滤波器1、微带带通微带线的基本知识微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。
微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种：1、电容间隙耦合滤波器带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GHz以上有辐射损耗。
2、平行耦合微带线带通滤波器窄带滤波器，有5％到25％的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。
但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。
3、发夹线带通滤波器把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。
这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。
这种滤波器的精确设计较难。
4、1/4波长短路短截线滤波器5、半波长开路短截线滤波器下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。
2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。
整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mm以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。
关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。
但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。
基于ADS的微带线带通滤波器设计摘要：该文章讨论的是基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计过程。
利用集总参数低通原型滤波器经过一系列转化可以得到微带线带通滤波器的特性，运用传输线原理和导纳变换公式获得带通滤波器的相关参数，并借助功能强大的ADS软件对微带线带通滤波器的原理图和版图进行设计制作。
该软件只需要输入相应的原始数据，便可方便得到频率响应等相关特性。
我们也可以借助ADS软件对其进行优化仿真，以得到更加优质的带通滤波器。
关键词：带通滤波器；微带线；传输线；ADS1.引言随着近年来无线通信技术的迅猛发展，微波滤波器已经成为作为辨别分离有用和无用资源的重要部件，并大量使用于通信系统领域，其性能的优越直接影响整个通信系统的质量。
现代通信对微波滤波器的整体要求越来越高，以求得到更加微小化、轻量化、集成化的高性能低成本的滤波器。
本文设计运用微带滤波器印刷电路的方法，可以满足尺寸小、成本低且性能稳定的要求，被广泛运用于无线通信系统中。
目前在无线通信系统领域中，微波滤波器的种类日益增多，性能和设计方法各有差异。
但总体来看，微波滤波器的设计大都采用从集总参数的低通原型滤波器出发经过一系列变换得到的。
本章讨论的是平行耦合微带线带通滤波器的设计，它同样是基于集总参数低通原型滤波器出发，经过等效变换可以得到与带通滤波器相应的低通原型模型，再经过阻抗倒置变换或导纳变换便可以得到相应的带通滤波器的设计模型及相关参数。
本文首先介绍微带线带通滤波器的设计原理，然后根据基本原理推导出滤波器的相关参数，再运用ADS软件进行制作、优化和仿真，最后将完整的设计图纸和相关参数拿到工厂加工制成成品。
为了验证该微带线带通滤波器的设计和仿真的正确性，本文采用网络分析仪对该滤波器进行了相关测试，测试结果和仿真效果相吻合。
2.微带线带通滤波器的设计原理及设计过程根据滤波器综合理论，低通原型滤波器是设计其他滤波器的基础。
本文设计的带通滤波器同样是在低通原型滤波器的基础上经过变换得到的。
基于ADS的集总参数带通滤波器的优化设计作者：杨柱朱倩倩艾治余王攀赵小平来源：《山东工业技术》2014年第14期摘要：滤波器在通信系统中应用较为广泛，利用滤波器的选频作用，可以滤除通信中的干扰噪声或测试中进行频谱分析。
本文利用ADS软件设计一款带通滤波器，并对其进行优化和瞬态仿真分析。
经过分析得出，在满足其他各项设计指标要求的前提下，优化后的滤波器选频特性得到明显提高。
关键词：带通滤波器；ADS；优化仿真；瞬时仿真1引言在现代通信系统中，滤波器的应用领域很广泛，如电视频道信号的选取，多音响装置的频谱分析器等，滤波器作为无线通信应用领域的一个重要器件，其性能指标往往直接影响到整个通信系统的优劣，伴随着移动通信、雷达、卫星通信等各通信系统的增多，电磁环境逐渐异常复杂化，从而使得通信系统中频带资源愈发短缺，导致频率间隔变得越发密集。
怎样无失真的从逐渐短缺的频带资源内获取所需的信号并抑制其他无用或有害的信号，为滤波器的设计提出了苛刻的要求。
虽然各滤波器在电子器件和技术的飞速发展的推动下层出不穷，但怎样制造小体积低成本易加工量产并满足指标要求的滤波器渐渐成为工程应用中的核心问题，集总参数滤波器以其自身优势作为首选应用在通信系统和设备中。
集总参数是指当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个理想R、L、C元件来加以描述的电路参数。
集总参数带通滤波器是指由集总参数元件构建的滤波器，其特性由构建此带通滤波器的集总参数元件值来确定。
本文阐述了利用ADS（ Advanced Design System ）软件设计带通滤波器的方法、流程以及仿真过程，结合带通滤波器的一般原理和最小二乘误差法，以期寻找一种更为通用的、频带高度利用和相邻信道低干扰的带通滤波器的设计方案，同时给出其仿真结果。
2 工作原理带通滤波器[5]是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。
ADS滤波器设计实验一设计一个满足如下条件的耦合微带线带通滤波器：中心频率f0:2.45GHz，上下边频与中心频率的差值△ f：±50MHz，当f=f0时，li≤-1.5dB；当f=f0±300MHz时，li≥-30dB，微带线介质层厚度h：1mm；介质层介电常数：2.65，输入输出阻抗Zin，Zout均为：50Ω。
要求 1、提供设计原理（即耦合微带线滤波器的设计原理）2、具体的设计过程（用ADS软件分别仿真原理级电路和Layout 板级电路）3、提供两种电路的仿真结果并比较（S11 和 S21）4、设计结果的分析与误差解释5、提供一个包含上述 1-4 要求的 word 文档，并提供 ADS 的耦合微带滤波器设计源文件滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。
它的主要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。
在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。
微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。
平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。
一、设计原理：耦合微带线：当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。
根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。
每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。
级连耦合微带线：由于单个耦合微带线滤波器不能提供良好的滤波器响应及陡峭的通带-阻带过渡。
然而可以通过级连这些基本单元最终得到高性能的滤波器，如图1图1集总参数滤波器设计：先计算带通滤波器归一化频率Ω=f0fℎ−fl ·(ff0+f0f),这样就把带通滤波器设计问题转化为低通滤波器设计问题（都是在归一化频率下进行设计），根据需要选择滤波器种类和阶数，查表可得归一化参数g0,g1,g2……gN,gN+1.将集总参数滤波器转化为耦合微带线滤波器：1、先根据上下边频fl和fh,以及中心频率f0=(fl+fh)/2,确定滤波器带宽：BW=(fh-fl)/f02、根据带宽指标计算下列参数：3、利用上述参数计算耦合微带线奇模偶模特性阻抗Z0o丨i,i+1=Z0[1-Z0Ji,i+1+ (Z0 Ji,i+1)²]Z0e丨i,i+1 = Z0[1+Z0Ji,i+1+ (Z0 Ji,i+1)²]4、计算完奇模偶模特征阻抗后利用ADS的微带线计算器即可计算出微带线几何尺寸W,S,L。
基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计摘要：本文介绍了平行耦合微带线带通滤波器的电路结构，阐述了设计带通滤波器的方法，最后给出了相对带宽为10%的滤波器设计的实例及仿真分析结果，证明了该方法的可行性和便捷性。
关键词: ADS; 微带线；带通滤波器；优化0 引言微带滤波器具有小型化、高性能、低成本等优点，在射频电路系统设计中得到广泛的应用。
其主要技术指标包括传输特性的插入损耗及回波损耗，通带内的相移与群时延，寄生通带等参数。
传统的设计方法是通过经验公式和查表来求得相关参数，方法繁琐且精度不高。
近年来，随着射频CAD软件的不断发展，微带滤波器的设计也进入了一个全新的阶段。
借助CAD软件可以避开复杂的理论计算，进一步精确和调整设计参数，确保设计出的滤波器特性符合技术要求。
本文通过ADS软件对平行耦合微带线带通滤波器进行优化仿真设计，证明了该方法的可行性和便捷性。
1微带带通滤波器的理论设计方法1.1 微带带通滤波器主要指标和基本设计思想微带滤波器的主要技术指标包括以下几个:(1) 通带边界频率与通带内衰减、起伏, 以及阻带边界频率与阻带衰减;(2) 通带的输入电压驻波比;(3) 通带内的相移与群时延;(4) 寄生通带, 它是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的, 即离设计通带一定处又产生了通带。
微波带通滤波器应用广泛, 结构多样, 但以微带线实现带通滤波器的结构种类有限, 为此,本文以平行耦合微带线为例来设计微带带通滤波器。
由于单个带通滤波器单元不能提供良好的滤波响应及陡峭的通带- 阻带过渡, 而通过级连基本的带通滤波器单元则可以得到高性能的滤波效果。
图1所示是一种多节耦合微带线带通滤波器的结构示意图, 这种结构不要求对地连接, 因而结构简单, 易于实现, 这是一种应用广泛的滤波器。
整个电路可以印制在很薄(小于1mm) 的介质基片上; 其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟, 但采用高介电常数的介质基片则可使线上的波长比自由空间缩小几倍; 此外, 整个微带电路元件共用一个接地板, 且只需由导体带条构成电路图形, 因而结构大为紧凑, 大大减小了其体积和重量。
设计报告学生：课题：带通滤波器的设计与仿真目录摘要 (3)一平行耦合微带线滤波器的理论基础 (3)二、平行耦合微带线滤波器的设计的流程图 (4)三、设计的具体步骤 (5)1、确定下边频和归一化带宽 (5)2、在设计向导中生成原理图 (6)3、平行耦合微带线带通滤波器设计 (7)4、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图 (8)四、心得体会 (14)五、参考文献 (14)带通滤波器的设计与仿真摘要: 介绍一种借助ADS( Advanced Des ign SySTem )软件进行设计和优化平行耦合微带线带通滤波器的方法，给出了清晰的设计步骤，最后结合设计方法利用ADS给出一个中心频率为2.4 GHz，相对带宽为9%的微带带通滤波器的设计及优化实例和仿真结果，仿真结果表明: 这种方法是可行的，满足设计的要求。
滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。
它的主要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。
在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。
微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。
平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。
一、滤波器的介绍（1）波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器按照滤波器的制作方法和材料，射频滤波器又可以分为以下四种：（2）波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器（3）滤波的性能指标：频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带的一定外有产生新的通带二、平行耦合微带线滤波器的理论基础当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，分布参数不仅可以构成低通滤波器，而且可以构成带通和带阻滤波器。
平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。
平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。
当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。
根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。
每条微带线的特性阻抗为Z 0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。
单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。
如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。
三、行耦合微带线滤波器的设计的流程图：四：设计参数要求：（1） 中心频率：2.4GHz ； （2） 相对带宽：9%； （3） 带内波纹：<0.5dB ；（4） 在频率1.9GHz 和2.9GHz 处，衰减>20dB ； （5） 输入输出阻抗：50Ω。
五：下面给出具体设计步骤：第一步：先用设计向导设计原理图：（1）打开ADS 窗口，建立工程（2）在原理图窗口中的工具栏中选择【DesignGuide】—>【Filter】—> 【Filter Control Window】单击确定后，弹出向导设计窗口，选择Filter Assistant选项，在窗口中输入Fs1=1.9，Fs2=2.9，Fp1=2.29，Fp2=2.5，Ap=0.2，As=24.6，得到所需要的波形以及阶数N=3把参数要求输进去得到原理图：第二步由生成原理图可以知道用三阶可以实现。
下面计算参数：1、确定下边频和归一化带宽。
假设下边频为ω1、上变频为ω2、中心频率为ω0，归一化带宽为：Δ=(ω2-ω1)/ ω0,其中ω0=2.4GHz，Δ=9%得到ω2-ω1=0.216 GHz 又ω2+ω1=4.8 GHz所以ω1=2.292 GHz ω2=2.508 GHz（1）计算低通滤波器原型参数。
3阶、带内波纹小于0.5dB的切比雪夫滤波器原型参数通过查表得g1=1.5963g2=1.0967g3=1.5963（2）计算每节奇偶模的特性阻抗，滤波器需要4节耦合微带线连级，由以下公式计算（3）计算得到各个参数如下表所示：说明：上表的阻抗单位都为欧姆，导体带的导体带的宽度、导体带的间隔藕合线的长度单位都为mm，相移角表示计算微带线的时候为90度。
4、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图（1）创建项目启动ADS软件，弹出主视窗。
选择主视窗中的【file】菜单->【new project】，弹出【new project】对话框，在【new project】对话框输入项目名称和这个项目默认的长度单位。
（2）利用ADS的计算工具tools完成对微带滤波器的计算ADS软件中的工具tools，可以对不同类型的传输线进行计算，使用者可以利用计算工具提供的图形化界面进行设计。
对于平行耦合微带线来说，可以进行物理尺寸和电参数之间的数值计算，若给定平行耦合微带线奇模和偶模的特性阻抗，可以计算平行耦合微带线导体带的角度和间隔距离。
下面利用ADS软件提供的计算工具，完成对平行耦合微带线的计算。
在原理图上，选择【tools】菜单->【LineCalc】->【Start LineCalc】命令，弹出【LineCalc】计算窗口。
如图示。
设置所需参数。
在【LineCalc】计算窗口选择如下：Er=2.7，表示微带线基板的相对介电常数为2.7。
Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。
H=1mm，表示微带线基板的厚度为1mm。
Hu=1.0e+033，表示微带线的封装高度为1.0e+033。
T=0.05mm，表示微带线的导体厚度为0.05mm。
Cond=5.8E+7，表示微带线导体的电导率为5.8E+7。
TanD=0.0003，表示微带线的损耗角正切为0.0003.Freq=2.4GHZ，表示计算时采用的频率为2.4GHZ.Z e，表示计算时偶模的特性阻抗。
Z o，表示计算时奇模的特性阻抗。
这样通过计算工具可以依次算出微带线的尺寸（3）设计微带线原理图a、在原理图的元件面板列表中，选择微带线【TLines-Microstrip】，元件面板上出现与微带线对应的元件图标。
b、在微带线元件面板上选择Mcfil，4次插入原理图的画图区，Mcfil是一段长度的平行耦合微带线，可以设置这段平行耦合微带线的导体带宽度W，导体带间隔S和长度L。
分别双击画图区的4个Mcfil，将4个Mcfil的数值根据列表中的数值设置，如图所示。
c、在微带线元件面板上选择MLIN，两次插入原理图的画图区，MLIN是一段长度的微带线，可以设置这段微带线的宽度W和长度L。
分别双击可以设置。
选择S参数仿真元件面板，在元件面板上选择负载终端Term，两次插入原理图，再插入两次地线，完成连线如下图（4）原理图仿真在仿真之前，首先设置S参数仿真控件SP，SP对原理图中的仿真参量给出取值范围，当S参数仿真控件SP确定后，就可以仿真了。
在S参数仿真元件面板【Simulation-S_Param】上，选择S参数仿真控件SP，插入原理图区，对S参数控件设置如下start=1.5GHz，stop=3.5GHz，step=2.0MHz仿真后波形如下：freq, GHzd B (S (2,1))m1m2m3m4m5m1freq=dB(S(2,1))=-0.6462.400GHz m2freq=dB(S(2,1))=-0.5602.300GHz m3freq=dB(S(2,1))=-10.8172.500GHzm4freq=dB(S(2,1))=-42.1151.900GHzm5freq=dB(S(2,1))=-39.4762.900GHz有上表中看出，虽然在2.9GH 和1.9GHz 时满足要求，但在中心频率2.4GHz 偏移了，而且通带的上限频率和下限频率都不满足，带内波纹也不满足。
所以要进行优化：（5）原理图优化修改平行微带线段的取值方式，将平行耦合微带线段的导体带宽度W 、两个导体带的间隔S 和耦合微带线的长度L 设置为变量，并设置相邻平行耦合微带线的尺寸，分别在下面窗口中设置4段微带线设置完成后，在原理图的工具栏选择【V AR】按钮，插入原理图的画图区。
在画图区双击V AR，弹出【Variables and Equations】对话框，在对话框中对变量w1、s1、l1、w2、s2、l2的范围进行设置w1(1 to 3) w2(1 to 4) s1(0.2 to 0.5) s2(0.7 to 1.5) l1(20 to 30) l2(20 to 30)得到在原理图中插入优化控件Optim，双击优化控件Optim，设置优化次数为100次在原理图中插入3个目标控件DOE GOAL,双击设置如下最后所得的优化原理图为最后通过工具栏中【Simulate】—>【Tuning】进行调谐得到仿真的波形图如下，freq, GHz从上图可以看出：M3为中心频率为2.4GHz在中心，满足技术指标，M1为上边频2.3GHz，m2为下边频2.5 GHz，满足技术指标在1.9 GHz----2.9 GHz衰减大于20dB满足技术指标带内波纹最大为0.013dB小于0.2dB满足技术指标相对带宽9%满足技术指标五、设计心得：本文以平行耦合微带线带通滤波器原理为基础，将传统的滤波器设计方法与利用微波电路仿真工具设计滤波器的方法相结合，设计了一个相对带宽为9%的平行耦合带通滤波器，并给出仿真结果，同时对仿真结果进行了分析。
仿真结果表明利用这种方法设计的平行耦合带通滤波器达到了要求的指标，本次的设计是我们在学习ADS2009的基础上跟同组同学的讨论，设计，遇到问题大家一起解决，也让我学到了与同学之间的合作。
本次设计遇到的难题是优化的时候，首先进行自动各个值设计为变量，并输入优化范围，如果还达不到要求，可以把优化范围扩大，优化次数加大，如果还没达到技术指标，可以进行手动优化，本次我们设计采用自动优化和手动优化相结合。
六、参考文献1、《ADS射频电路设计基础与典型应用》黄玉兰编著人民邮电出版社2、《电磁场与微波技术》黄玉兰编著人民邮电出版社3、《射频电路设计理论与基础》黄玉兰编著人民邮电出版社。
