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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。
•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。
ads波导腔体滤波器设计
ADS软件可以用于波导腔体滤波器的设计。
下面简单介绍一下设计过程：
1. 确定滤波器的参数，包括中心频率、通带带宽、阻带带宽和衰减。
2. 在ADS软件中新建一个“layout”工程，在其中选择一个合适的波导宽度。
3. 将波导布满整个布局区域，并在中央添加两个矩形缺口，调整宽度和长度以达到带宽要求。
4. 运用仿真和优化工具进行电磁仿真和优化。
如果需要更精细的仿真结果，可以引入三维电磁仿真软件。
5. 通过布局编辑器进行布局优化和参数调整，如增加爬行线和扇形盖板、调整缺口形状等。
6. 通过ADS软件的“加工输出”功能将布局数据输出到CNC机器进行加工。
7. 完成加工后，进行测试和调试。
如果滤波器不满足要求，可以返回到步骤3到步骤6进行优化。
以上是波导腔体滤波器设计的基本流程，当然具体细节还需要根据具体情况进行调整。
在设计过程中，需要注意滤波器的可制造性和可靠性。
同时，在设计过程中要注意避免过度优化导致生产成本过高。
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。
ADS微带低通滤波器-图文微带低通滤波器ADS仿真实验3100403028刘骥通信101一．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ADS2022软件二．具体指标1.具有最平坦响应2.截止频率c2.5GHz3.在4GHz处的插入损耗必须大于20dB4.阻抗为50，采用6阶巴特沃兹低通原型，最高实际线阻抗为120，最低实际阻抗为20，采用的基片参数为d1.58mm,r4.2,tan0.02，铜导体的厚度为t0.035mm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，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：|w4|110.6wwc2.5，由下图1.1看出，对于n=6的曲线，当(||1)0.6wc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：g10.5176,g21.4142,g30.9318,g40.9318,g51.4142,g60.5176。
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,画微带线原理图画好的原理图如图2.电路参数的设置添加器件MSUB，双击MSUB，添加参数如图打开tool->LineCalc->StartLineCalc,计算各个微带先的长（l）和宽（w），在ubtrateparameter窗口设置介质的参数，参数值根据前面MSUB控件填写。
在electrical填入Z0(微带线特性阻抗),E_Eff(微带线电长度)，然后单机Syntheize栏中的箭头，物理尺寸参数设置栏会显示得到的微带线线长和线宽（注意：在Syntheize前要把Phyical中的W和L的单位设置为mm），其中各支节的Z0（即图Zi）和E_Eff(即图βli度)参考值如下图1.7图1.7值，如图1.8图1.8接着添加S-PARAMETERS,START=0GHz，Stop=5GHz,Step=0.01GHz。
1 课题背景随着信息化浪潮的推进，现代社会产生了巨大的信息要求，通信技术正在向高速、多频段、大容量方向发展。
目前移动通信中所使用的主要频率为0.8-1.0GHz，全球GSM频段分为4段，即850/900/1800/1900MHz。
在宽带移动化方面，IEEE802工作组先后制定了WLAN和WiMAX等技术规范，希望能沿着固定、游牧/便携、移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化，常用的WLAN通信频段标准为IEEE802.1b/g(2.4-2.5GHz)和IEEE802.11a(5.2-5.8GHz)。
为了在移动环境下实现宽带数据传输，IEEE802.16WiMAX成了宽带移动的主要里程碑，促进了移动宽带的演进和发展，2.3-2.4GHz和3.4-3.6GHz频段均被划分为WiMAX的全球性统一无线电频段。
这正是S波段的应用，因此如何研究出高性能，小型化的滤波器是目前电路设计的的关键之一。
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，它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。
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。
如图1.1所示。
图1.1 级联后的传输线微带线滤波器具有重量轻、频带宽、结构紧凑和易于集成等特点，广泛应用于各种微波通电路中。
传统的设计方法是通过经验公式和查表来求得相关设计参数，方法复杂烦琐，精度不高，性能指标不尽如人意。
近年来，随着微波电路辅助设计软件的不断发展，微带线滤波器的设计也进入了一个崭新的阶段。
计算机模拟辅助设计可以绕开复杂的理论计算和推导，利用电磁场仿真软件进行微带线滤波器的设计。
近年来, 微波电路计算机辅助设计软件的应用越来越广泛, Agilent 公司的高级设计系统(Advanced DesignSystem———ADS)软件就是其中的佼佼者, 它也是国内各大学和研究所在微波电路和通信系统仿真方面使用最多的软件之一。
ADS仿真设计软件可以模拟整个信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。
它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中，包括从原理图到PCB板图的各级仿真，当任何一级仿真结果不理想时，都可以回到原理图中重新进行优化，并进行再次仿真，直到仿真结果满意为止，保证了实际电路与仿真电路的一致性。
2 设计过程微带线带通滤波器是一种分布参数滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，具有体积小、重量轻、价格低、性能稳定可靠等优点，在微波工程中应用广泛。
带通滤波器的设计的流程图如图2.1所示。
图2.1 设计流程图2.1 原型滤波器的元件值的归一化及其计算带通滤波器的设计通常先把带通滤波器频率取归一化，参考频率一般取带通滤波器的频带宽度，从而寻找相应的低通模型设计出符合设计参数要求的低通滤波器，再进行频率和元件变换得到相应的带通滤波器。
（1）根据需要的的滤波器通带和阻带衰减，选择低通滤波器原型，由此确定滤波器的阶数N ，然后选取低通滤波器原型参数。
（2）确定上、下边频和归一化带宽。
假设下边频为w1,上边频为w2，中心频率为w0,归一化带宽为∆，∆= W 2-W1W 0其中本设计中w2=26GHz ，w1=24GHZ ， w0=25GHZ ∆=W 2-W1W 0=26-2425=0.08 （3）计算耦合微带线各节偶膜和奇膜的特性阻抗。
i J =n J = 平行耦合微带线的偶膜特性阻抗0e Z 和奇膜特性阻抗0o Z 为20e 00i 0i i Z Z [1Z J (Z J )]=++20o 00i 0i i Z Z [1Z J (Z J )]=-+经过计算，平行耦合微带线带通滤波器为3阶，即需要4节耦合微带线级联。
同时波纹为0.5dB 的切比雪夫滤波器元件参数表如表2.2所示。
表2.2 0.5dB 的切比雪夫滤波器元件参数表得到1g =1.5963，2g =1.0967，3g =1.5963波纹为0.5dB 的切比雪夫滤波器阻带衰减特性图如图2.3所示。
图2.3 0.5dB 的切比雪夫滤波器阻带衰减特性图由于1g =1.5963，2g =1.0967，3g =1.5963经过计算得到各节奇偶特性阻抗数值（单位为欧姆）如表2.4所示。
表2.4 奇偶特性阻抗数值2.2 原理图的绘制（1） 创建项目（2） 创建原理图（3） 利用ADS 的计算工具TOOLS 完成对平行耦合微带线的计算在【LineCalc 】计算窗口中将Type 项选择为MLIN ，输入的基板参数为H:基板厚度（1mm ）Er:基板相对介电常数（2.7）Mur:磁导率（1）Cond:金属电导率（5.8e+7）Hu:封装高度（1.0e+33mm ）T:金属层厚度（0.05mm ）Tand:损耗角正切(0.0003)Roungh:表面粗糙度(0mm)然后输入中心频率为25GHz,特性阻抗Z0为50Ohm ，相位延迟E_Eff 为90dB ，计算出微带线的线宽W =3.034400mm,长度L=1.390610mm 。
继续使用【LineCalc 】计算窗口进行计算，将Type 项选择为MCLIN ，输入奇膜和偶膜的特性阻抗，计算出微带线导体带的宽度W ，间隔S ，微带线的长度L ，如表2.5所示。
CL1 CL2 CL3 CL4W 2.354090mm 2.903140mm 2.903140mm 2.354090mm S 0.229490mm 1.005390mm 1.005390mm 0.229490mm L 1.433730mm 1.398760mm 1.398760mm 1.433730mm 表2.5 微带线导体带的宽度W，间隔S，微带线的长度L数值（4）设计原理图首先建立滤波器的主要结构，即4个平行耦合微带线，再选择2个普通微带线插入，插入参数设置控件并修改为指定参数。
将4节微带线修改为上述计算出的数字，并设置参数仿真控制器的扫频参数，进行原理图仿真，其原理图如图2.6所示。
图2.6 原理图2.3 原理图仿真及优化（1）点击仿真按钮，得到的仿真图如图2.7所示。
图2.7 仿真图从图中可以看出来，中心频率25GHz出现了明显的偏移现象，并且频率在26GHz 时衰减超过3dB。
这是由于在设计平行耦合微带带通滤波器没有考虑边缘场效应的影响，为此需要进行优化设定优化目标以及优化控制器参数。
耦合线的微带线长L、宽W和缝隙S是滤波器设计和优化的主要参数，在优化中要用变量代替，便于修改和优化。
（2）优化在原理图设计窗口中选择一个优化控件Optim插入到原理图中，并且同时在元件面板列表中选择4个优化目标控件，如图2.8所示。
图2.8 优化控件以及优化目标优化设计完成后的原理图如图2.9所示。
图2.9 优化之后原理图如果一次优化不能满足技术指标的要求，则需要修改变量的取值范围，重新进行优化，直到满足要求为止。
点击仿真按钮，得到的仿真图如图2.10所示。
图2.10 仿真图可以从仿真信息窗口得到符合要求的滤波器的各参数的确定值如图2.11所示。
图2.11 优化之后各参数优化仿真后，观察反射系数S11 和传输系数 S21这两条曲线，滤波器的中心频率为25GHz,滤波器的通带为24GHz-26GHz,在通带范围内衰减在3 以内，并且滤波器在中心频率25GHz反射系数衰减是最大。
从而说明优化的滤波器已经达到设计指标的要求，设计成功。
3 心得体会刚拿到这个project的时候，一头雾水，MATLAB,ADS,HFSS这三个软件，本科阶段都没有学习过，所以刚开始感觉困难。
我就向舍友寻求帮助，正好有个舍友本科的毕业设计是用MATLAB设计的滤波器，她让我参考吴镇扬老师编写的《数字信号处理》里面设计滤波器的程序，结果最后只能编写出来传输系数这条曲线。
准备换成HFSS试试，就到图书馆借了几本参考书，照着书上的例题，设计了一个交叉耦合滤波器，在设计这个交叉耦合滤波器的过程中学到了好多以前没有接触到的知识，感觉非常开心。
后来同学介绍用ADS设计滤波器容易些，于是到图书馆借了几本相关参考书，首先照着上面的例题设计滤波器。
最后终于完成了符合技术指标的滤波器。
在设计过程中，出现了两个主要问题，第一个就是计算奇偶膜特性阻抗的时候，中心频率忘记修改了，最后把中心频率修改为25GHz,就可以正确计算出奇偶膜的特性阻抗。
第二个问题是优化的时候没有设计变量的范围，一直提示错误。
最后通过看书和请教同学查出了错误原因，设计出变量的范围，优化成功了。
通过这次课题设计，使我不仅学到了通信专业相关知识，更重要的是掌握了ADS的基本使用方法。
对课堂学习的理论知识更深一步的了解和巩固了。
并且这次设计，也大大提升了我的动手能力和解决问题的能力。
因为换了个新环境，感觉挺陌生，但是在设计的过程中增进了我和同学之间的感情，让我慢慢融入到新环境中。
参考文献[1] 徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例.北京：电子工业出版社，2009.[2] 黄玉兰，常树茂.ADS射频电路仿真与实例详解.北京：人民邮电出版社，2011.。
