基于ADS和HFSS低通滤波器设计与仿真

微带低通滤波器ADS 仿真实验一．实验目的1.了解微带低通滤波器的设计方法及原理2.熟悉ADS2011软件 二．具体指标 1.具有最平坦响应 2.截止频率GHz c 5.2=ω3.在GHz 4=ω处的插入损耗必须大于20dB4.阻抗为Ω50,采用6阶巴特沃兹低通原型,最高实际线阻抗为120Ω,最低实际阻抗为20Ω，采用的基片参数为02.0tan ,2.4,58.1===δεr mm d ，铜导体的厚度为mm t 035.0=三．滤波器设计步骤1.根据设计要求确定低通原型元器件值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。

所需微带线的电长度l β,以及实际微带线宽w 和线长l 可由ADS 软件中的lineCalc 工具计算得到3.根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算计算如下：6.015.241||=-=-c w w ，由下图1.1看出,对于n=6的曲线,当6.0)1|(|=-cw w时，LA 〈20dB ，故最大平坦滤波器级数n=6.图1.1 最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线根据表1.2列出低通原型值：1==.0,.1=5176=ggg。

gg4142=g=2,.15,65176.0,4142.0931893183.04,表1.2 巴特沃兹滤波器低通原型元器件值四．滤波器原理图设计1.建工程打开ADS2011，点击— > next —〉在workspace name中写入工程名称StepFilter_wrk—〉点击finish2.在StepFilter_wrk工程里创建原理图在folder view中选中你建立的工程，右键点击New Schematic,然后ok。

3.画微带线原理图在红框处打入MLIN回车，软件就会自动帮你找到微带线元器件（后面的元器件均如此添加)，画好的原理图如图1.3图1.34.电路参数的设置添加器件MSUB，双击MSUB，添加参数如图1。

ADS和HFSS、CST联合仿真
ADS和HFSS/CST联合仿真
ADS软件具有强⼤的电路系统级仿真功能，⽽HFSS、CST能够进⾏精确的3D电磁仿真计算，对⽆源器件的仿真优化具有较⾼的精度。

因此结合⼆者的优势，我们可以实现：⼀、在ADS中构建⽆源电路模型，进⾏初步的优化仿真；并最终导⼊HFSS或CST中进⾏精确仿真优化验证。

1.在ADS中构建平⾯结构的⽆源电路拓扑，并layout⾄momentun（ADS中的
2.5维仿真
模块）中，此时schematic中的电路拓扑已经转化为实际的电路版图，最后将momentun 的版图以DFX(flattened)形式export出来。

此时的DFX格式的版图已经可以使⽤AutoCAD打开。

现以⼀个低通扇形偏置电路说明。

图1. ADS中拓扑图图2. layout⾄momentum版图
仿真结果：
图3. 仿真结果
导出时需要注意的是将momentun中版图的端⼝和⽹格取消！
图4. 导出操作
选择DFX(flattened)格式，并选择路径保存⽂件，我们可以将其专门保存⾄⼀⽂件夹，以便于CAD导⼊该⽂件。

导出后⽤CAD 打开如下图：
图5.导出导CAD中的图
2.利⽤HFSS或CST将DFX形式的版图打开，此时版图中的电路结构已经导⼊到HFSS或CST
模型中，只需再建⽴电路基⽚的厚度和其他⼀些端⼝设置，就可以进⾏仿真。

实验二射频EDA软件ADS的使用方法一实验目的1. 简单了解射频EDA软件的原理及构成。

2. 初步掌握使用射频电路仿真软件ADS进行基本射频电路设计与仿真的方法。

二实验原理1. ADS简介ADS（软件全称为Advanced Design System）是美国安捷伦（Agilent）公司开发的电子设计自动化软件。

ADS功能十分强大，包含时域电路仿真(SPICE-like Simulation)、频域电路仿真(Harmonic Balance、Linear Analysis)、三维电磁仿真(EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP），支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。

最新版本为ADS2006A。

ADS软件可以供电路设计者进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计，其提供的仿真分析方法可分为时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真四大类。

ADS软件包含的具体仿真分析方法如下：◆高频SPICE分析和卷积分析（Convolution）◆线性分析◆谐波平衡分析( Harmonic Balance)◆电路包络分析（Circuit Envelope）◆射频系统分析◆拖勒密分析（Ptolemy）◆电磁仿真分析(Momentum)随着电路结构的日趋复杂和工作频率的提高，在电路与系统设计的流程中，EDA软件已经成为不可缺少的重要工具。

EDA软件所提供的仿真分析方法的速度、准确与方便性便显得十分重要，此外该软件与其他EDA软件以及测量仪器间的连接，也是现在的庞大设计流程所必须具备的功能之一。

Agilent公司推出的ADS软件以其强大的功能成为现今国内各大学和研究所使用最多的软件之一。

一．滤波器的基本原理滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。

典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。

镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。

对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。

Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。

在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即L L=10lg L LLL LLL；在该式中，Pin 和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。

为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。

滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。

滤波器低通原型为电感电容网络。

其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。

设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。

表1-1列出了巴特沃兹滤实际设计中，首先需要确定滤波器的阶数，这通常由滤波器阻带某一频率处给定的插入损耗制约。

图1-1所示为最平坦滤波器原型衰减与归一化频率的关系曲线。

图1.1 最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线二、S 参量的描述高频S 参量和T 参量用于表征射频/微波频段二端口网络(或N 端口网络)的特性。

基于波的概念，它们为在射频/微波频段分析、测试二端口网络，提供了完整的描述。

由于电磁场方程和大多数微波网络和微波元件的线性，散射波的幅值(即反射波和透射波的幅值)是与入射波的幅值呈线性关系的。

描述该线性关系的矩阵称为“散射矩阵”或S 矩阵。

低频网络参量(如Z 、Y 矩阵等)是以各端口上的净(或总)电压和电流来定义的，而这些概念在射频/微波频段已不切实际，需重新寻找能描述波的叠加的参量来定义网络参量。

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。

一．滤波器的基本原理滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。

典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。

镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。

对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。

Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。

在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即L A=10lg P inP LdB；在该式中，Pin 和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。

为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。

滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。

滤波器低通原型为电感电容网络。

其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。

设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。

表1-1列出了巴特沃兹滤实际设计中，首先需要确定滤波器的阶数，这通常由滤波器阻带某一频率处给定的插入损耗制约。

图1-1所示为最平坦滤波器原型衰减与归一化频率的关系曲线。

图1.1 最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线二、S参量的描述高频S参量和T参量用于表征射频/微波频段二端口网络(或N端口网络)的特性。

基于波的概念，它们为在射频/微波频段分析、测试二端口网络，提供了完整的描述。

由于电磁场方程和大多数微波网络和微波元件的线性，散射波的幅值(即反射波和透射波的幅值)是与入射波的幅值呈线性关系的。

描述该线性关系的矩阵称为“散射矩阵”或S矩阵。

低频网络参量(如Z、Y矩阵等)是以各端口上的净(或总)电压和电流来定义的，而这些概念在射频/微波频段已不切实际，需重新寻找能描述波的叠加的参量来定义网络参量。

一种基于ADS的微带低通滤波器优化设计的开题报告此次开题报告将针对一种基于ADS的微带低通滤波器优化设计进行研究。

滤波器是电子电路设计中常见的模块，其主要作用是把不需要的频率成分从输入信号中滤除，保留所需的信号。

而微带低通滤波器则是一种常见的微波电路设计模块，常用于通信、雷达、导航等领域中。

本次研究将借助ADS软件，对微带低通滤波器进行优化设计。

ADS （Advanced Design System）是美国Keysight Technologies公司开发的一款基于EDA技术的高端仿真软件，主要应用于射频和微波电路的设计与仿真。

通过利用ADS的仿真功能，可以较为准确地模拟出滤波器的性能参数，并利用优化算法寻求最优化设计方案，从而实现滤波器的优化。

本次研究的具体内容包括以下几个方面：1. 文献综述：针对微带低通滤波器的基本原理、设计方法和优化算法等方面进行全面综述，为后续研究提供理论基础和参考资料；2. 滤波器建模：基于ADS软件，通过建立滤波器电路模型，对滤波器的性能参数进行仿真分析，包括通带范围、插入损耗、阻带衰减等；3. 优化算法选择：针对滤波器的设计要求和设计参数，选择合适的优化算法，并建立相应的优化模型，自动寻求最优化设计方案；4. 优化设计实现：通过不断优化设计参数，直到滤波器的设计满足了预设的性能要求，完成滤波器优化设计；5. 仿真验证：对优化设计后的微带低通滤波器进行ADS仿真验证，评估滤波器的性能是否满足要求。

本次研究的意义在于探索一种新的、高效的微波电路滤波器的设计方法，并为通信、雷达、导航等微波电路应用领域提供一种优化设计的技术支持。

ADS和HFSS/CST联合仿真ADS软件具有强大的电路系统级仿真功能，而HFSS、CST能够进行精确的3D电磁仿真计算，对无源器件的仿真优化具有较高的精度。

因此结合二者的优势，我们可以实现：一、在ADS中构建无源电路模型，进行初步的优化仿真；并最终导入HFSS或CST中进行精确仿真优化验证。

1.在ADS中构建平面结构的无源电路拓扑，并layout至momentun（ADS中的2.5维仿真模块）中，此时schematic中的电路拓扑已经转化为实际的电路版图，最后将momentun的版图以DFX(flattened)形式export出来。

此时的DFX格式的版图已经可以使用AutoCAD打开。

现以一个低通扇形偏置电路说明。

图1. ADS中拓扑图图2. layout至momentum版图仿真结果：图3. 仿真结果导出时需要注意的是将momentun中版图的端口和网格取消！图4. 导出操作选择DFX(flattened)格式，并选择路径保存文件，我们可以将其专门保存至一文件夹，以便于CAD导入该文件。

导出后用CAD打开如下图：图5.导出导CAD中的图2.利用HFSS或CST将DFX形式的版图打开，此时版图中的电路结构已经导入到HFSS或CST模型中，只需再建立电路基片的厚度和其他一些端口设置，就可以进行仿真。

图6. 导出至HFSS中二、在HFSS或CST中仿真优化好的数据导出至ADS中，利用这些优化数据，进行系统电路级的仿真。

下面以具体实例说明：（一）HFSS将仿真结果导出至ADS进行电路级仿真在HFSS中，这是一个波导结构的功分器，建立的模型如图7：图7：HFSS中的模型其仿真结果为：图8：S11和S21曲线现在我们需要将仿真的S参数数据导出至ADS中，首先如图9这样选择：图9.导出操作出现对话框后，则这样如图10设置：图10：S参数导出窗口设置需要注意的是S Matrix数据的单位选择是dB/Phase（deg），然后选上All Freqs选项，最后点击Export按钮以.sNp格式将S Matrix数据导出。

基于HFSS与ADS的微波滤波器设计及仿真抽头式交指线微波滤波器具有较多优良特性：结构紧凑、结实，可靠性好;谐振器间的间隔较大，对加工精度要求不高;一般在没有电容加载情况下，谐振杆的长度近似为λ0/4,第二通带的中心在3ω0 上，也有较好的阻带特性;另外，在ω=0 和ω=ω0 的偶数倍上，具有高次衰减极点，因而阻带衰减和截止率都比较大;既可以作为印刷电路形式，又可以用较粗的杆作成自行支撑，而不用介质。

基于上述，交指型滤波器的谐振器既可用矩形杆，也可用圆杆实现。

下面给出利用矩形杆的微波滤波器的设计实例。

经过多位高工的研讨，本微波实训平台设计的滤波器主要是针对前级的天线而来的，即要实现最后的级联。

所以有必要阐述下前级的天线的具体规格：设计的天线是在2.36GHz 附近工作，而我在这里设计的滤波器目的是针对移动通信设计，所要求带宽较窄，令带宽在50MHz 左右，符合天线能提供的范围。

滤波器使用的基板参数还是εγ=9.6,H=1.27mm,此时基板上传输线的阻抗50W.根据实训教学的需要及制作成本等因素，确定如下参数：中心频率f0=2.36GHz;带宽为Δ f = 5 0 M H z ~ 7 0 M H z ( 计算按50MHz);带内插损Lp≤3dB;带内驻波ρ≤2;带外抑制在f0±0.05GHz 处Ls≥20dB;体积要求V≤20 乘以30 乘以100(mm3)输入输出方式SMB.参考上述的指标，采用交指线滤波器设计。

滤波器设计过程中，首先利用等效电路法给出滤波器抽头单元和内部结构的初值，利用HFSS 仿真软件对抽头单元进行精确分析，并进行滤波器结构性的建模，然后结合ADS,利用Passive circuit DG-filters 模型中的interdigita 进行曲线仿真。

电磁场与微波技术课程设计报告课程题目：低通滤波器的设计与仿真姓名：指导老师：系别：电子信息与电气工程系专业：通信工程班级：学号：完成时间：低通滤波器的设计与仿真摘要：微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。

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。

关键词：ads；微带线；低通滤波器一、设计思路1、设计要求：截止频率：1.1GHz，通带内波纹小于0.2dB，在 1.21GHz 处具有不小于 25dB 的带外衰减。

2、方案选择利用椭圆函数滤波器设计并仿真，经过优化后，结果调出来的波形能达到指标，但波形会形成带阻波形，只能实现在一定范围内低通。

所以不选。

利用切比雪夫滤波器设计并仿真，经过优化调试后可用。

3、设计法案首先用 LC 设计低通滤波器集总参数模型当频率工作在高频时，要用微带线代替 LC 元件。

高阻抗微带线代替串联电感，低阻抗微带线代替并联电容。

一般取 Zhigh=120Ω，Zlow=20Ω。

在输入和输出加上 50Ω微带线。

然后根据设计要求通过 ADS 自带的Linecalc 计算转换过来的微带线长和宽。

在进行设计时，主要以滤波器的 S 参数作为优化目标进行优化仿真。

S21（S12） S（表示传输参数，滤波器的通带，阻带的位置以及衰减，起伏全部表现在 S21（S12）随频率变化的曲线上。

S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算输入输出的电压驻波比。

如果反射系数过大，就会导致反射损耗过大，影响系统的后级匹配，使系统性能下降。

板材设置：H（基板厚度）=0.8mm，Er（基板相对介电常数）=2.2，Mur （磁导率）=1，Cond（金属电导率）=1E+50，Hu（封装高度）=1E+033mm，T （金属层厚度）=0.01mm，TanD （损耗角正切）=0。