总第１５卷１６５期 ２０１３年５月 大众科技 Ｐｏｐｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯＩ．１５ ＮＯ．５ Ｍａｙ ２０１３
基于ＡＤＳ的微带抽头式发夹型带通滤波器的设计
顾家铭
（桂林电子科技大学，广西桂林５４１００４）
【摘要】微带滤波器在通信系统中起着非常重要的作用，其性能的好坏直接影响着整个通信系统的性能。传统的设计滤
波器的方法要通过理论进行大量的计算，计算过程繁杂。文章简要介绍了微带抽头式发夹型带通滤波器的设计理论以及如何通
过ＡＤＳ软件进行设计和优化仿真，并结合具体实例验证其可行性。
【关键词】ＡＤＳ；带通滤波器；插入损耗；微带
【中图分类号】ＴＮ７１３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８—１１５１（２０１３）０５—００４０—０２
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｔａｐｐｅｄ ｈａｉｒｐｉｎ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＳ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｆｉｌｔｅｒ ｐｌａｙｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｉｒｅｃｄｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｎｅｅｄ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｔａｐｐｅｄ ｈａｉｒｐｉｎ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｈｏｗ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ＡＤＳ
ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ，ｏｐｔｉｒｎｉｚａ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔ．Ｔｈｅｎ ｉｔ ｖｅｒｉｆｙ ｉｔｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｅｘａｍｐｌｅｓ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・电子技术 基于ＡＤＳ的Ｋｕ波段微带滤波器的设计 基于平行耦合微带线理 论，设计了一款Ｋｕ波段微带 带通滤波器。该滤波器通带为 １５．９～１６．１ＧＨｚ，带内波纹为 ０．５ｄＢ，带内插损小于ｉｄＢ。使用 ＡＤＳ２００８微波仿真软件对其进行了 仿真与优化，优化完毕制成版图 并加工ＰＣＢ，再使用安捷伦矢量网 络分析仪对实物进行测试。最终 得到的结果很好的满足了设计指 标要求。 文／张超戴永胜 Ｉ Ｚ０。 ｌ＝Ｚｏ［１一Ｚｏ ｌ＋（ＺｏＪ， １） ］ １Ｚｏ ¨＝Ｚｏ［１＋ＺｏＪｉ １＋（ＺｏＬ 】（１・１） ，１ 一１ １ｒＢＷＪ 式中 、／ ，ｉ，ｉ＋ｌ ， １ ｆ厅 Ｗ ”＋ １／ ＝＝－表示耦合段单元（ 。到ｎ） ＢＷ为归一化带宽，可由带通滤波器的上 下边频％和 以及中心频率 来确定： 【关键词】微带滤波器Ｋｕ波段平行耦合 ＝ （１．２） ＡＤＳ仿真 １．２平行耦舍微带滤波器设计 滤波器是一个二端口网络，广泛用子现 代微波通信系统的各个方面，对通信质量起着 至关重要的作用。尤其是在混频单元中，滤波 器承担着选择有用信号、滤除谐波分量、交调 分量、杂散信号的作用，并直接决定了混频输 出信号的频谱纯度。而Ｋｕ频段作为高频段的 一个重要波段，由于其传输容量大、受外界影 响小等特点，常常被用作地面通信站的通信。 因此，Ｋｕ波段滤波器的研制对国内外Ｋｕ波 段通信的发展有着十分重要的作用。本文介绍 了一款Ｋｕ波段平行耦合微带滤波器，它具有 尺寸小、重量轻、带外抑制好、成本低等优点。 １平行耦合微带滤波器的分析与设计 １．１平行耦合微带滤波器原理分析 平行耦合微带线是由介质厚度为ｈ，介电 常数为 的介质层以及附着在介质层上的两条 相距为ｓ的平行微带线构成，微带线线宽为ｗ， 厚度相对ｈ于可忽略不计。当两条微带线紧靠 时，由于线间电磁场的相互作用，在两条微带 线之间会有功率耦合。若微带线的长度等于传 输信号的１／４波长，此时的耦合微带线就具有 一定的带通幅频特性，称为平行耦合微带传输 线。 平行耦合微带滤波器是由ｎ＋１段耦合微 带传输线组成，而每一段传输线又可等效为一 种复杂的谐振电路结构，具有奇模和偶模的电 路特性。故采用奇偶模分析方法来对传输线进 行分析， 。与ｚ 分别为耦合线的奇模特性阻 抗与偶模特性阻抗，则可由公式（１．１）来确定： 一款Ｋｕ波段微波带通滤波器设计要 求如下：中心频率 ＝１６ＧＨｚ，通带范围为 １５．９～１６．１ＧＨｚ，带内波纹为０．５ｄＢ，驻波比 ＜１．５，在 ＝１６．５ＧＨｚ以及ｃｏ＝１５．５ＧＨｚ时， 插入损耗，＞３０ｄＢ。要满足指标要求，根据滤 波器低通原型理论，应选择Ｎ＝６的波纹系数 为Ｏ．５的切比雪夫低通滤波器原型。通过查表 可得到滤波器原型系数：ｇｏ＝１，ｇｌ＝１．７２５４， ｇ ２＝１．２４７９，ｇ３＝２．６０６４，ｇ ４＝１．３１ ３７， ｇ５＝２．４７５８，ｇ６＝０．８６９６，ｇ７＝１．９８４１。将原型系数 带入式（１．１），可计算出滤波器的奇模与偶 模特性阻抗值。 ２基于ＡＤＳ的微带耦合滤波器仿真与制作 根据滤波器的奇偶模特性阻抗，选定的 ＰＣＢ电路板材如下：电路基板材质为罗杰斯 ５８８０，厚度ｈ＝Ｏ．２５４ｍｍ，相对介电常数为２．２， 磁导率为ｌ，耗散因子０．００１２，金属层厚度为 ３５ｕｍ。利用微波设计仿真软件ＡＤＳ２００８中的 ＬｉｎｅＣａｌｃ工具，结合滤波器的奇偶模特性阻抗 值，计算出微带耦合线的长度Ｌ，宽度ｗ，以 及间距ｓ，并放置在ＡＤＳ电路原理图中，再对 该原理图进行仿真，仿真结果显示由理论设计 的该电路结构已经能够实现Ｋｕ波段的滤波功 能，但实际的性能与设计的目标仍然有所差距， 具体主要表现在反射系数ｓ 较大，达到一ｌＯｄＢ， 这意味着滤波器回波损耗大，输入输出端口 不匹配 为了改善滤波器的性能，我们使用 ＡＤＳ自带的ＯＰＴＩＭ优化控件对其进行优化。 优化设定三个目标，分别为通带传输系数、通 带反射系数以及阻带传输系数。优化后，滤波 器经优化后各项指标均己满足设计要求。 接下来我们使用ＡＤＳ中的ＬａｙＯｕｔ电路 版图设计功能，对平行耦合微带滤波器进行版 图的设计并投板加工。最终我们对加工好的滤 波器实物采用Ａｇｉｌｅｎｔ ８７２０ＥＳ矢量网络分析仪 进行测试。 实测结果显示，在１５．９～１６．１ＧＨｚ通带 范围内，滤波器的正向传输系数ｓ： ＞．１ｄＢ，驻 波比 ＜１－３，在 ＝１６．５ＧＨｚ以及 ＝１５．５ＧＨｚ 时，插入损耗，＞３０ｄＢ，所有指标均满足设计 要求。至此，微带耦合带通滤波器的实物成品 设计完成。 ３结论 本文根据平行耦合微带线原理，结合切比 雪夫低通滤波器原型理论，设计了一款Ｋｕ波 段微带耦合带通滤波器，并使用ＡＤＳ２００８微 波仿真软件进行了原理图仿真与ｅｐ，，Ｊ板制作， 最终制成实物并完成测试。测试结果显示滤波 器具有良好的通带插损与阻带抑制，能够用于 Ｋｕ波段通信设备中。本文对滤波器的设计过 程进行了详细的阐述，为以后相近频率或相似 类型的滤波器设计提供了极有价值的参考。 参考文献 ［１】ＸＵ Ｘ，ＢＩ ｓＩ Ｓ１０ ＲＧ，ＷＵ Ｋ．Ａ Ｎｅｗ Ｓｉ Ｘ— Ｆｏｒｔ Ｊｕｎｃｔｉ ０ｎ Ｂａ ｓｅｄ ０ｎ Ｓｕｂ Ｓｔｒａｔｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗａｖｅ Ｇｕｉｄｅ Ｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ［Ｊ】． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，２００５，５ ３（７）：２２６７—２２７２． ２王文祥．微波工程技术［Ｍ】．北京：国防 工业出版社，２００９：１—６． ［３］ＲＯＢＥＲＴＯ ＡＧ，ＲＯＧＥＲＳＯＮ ＧＤ．ＵＩｔ ｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｗｉ ｒｅｌｅｓ ｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ【Ｊ】．ＩＥＥＥ ｉｉＣｒｏｗ＆ｖｅ Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００２，４（２）：３６—４７． ［４】闫润卿，李英惠．微波技术基础［Ｍ］．２ 版．北京：北京理工大学出版社， 】９９７：１ ５】一１ ５２ 作者简介 张超（１９９０－），男，山西省太原市人。现为 南京理工大学学生。研究方向位射频通信电路。 作者单位 南京理工大学电子工程与光电技术学院 江苏 省南京市２１ ００９４ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・１
微带线设计ADS：
使用ADS中的微带线计算器LineCalc计算得到微带线的几何尺寸W、S、L。
具体方法是点击菜单栏Tools -> LineCalc -> Start Linecalc，出现一个新的窗口
1.在窗口的Substrate Parameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。
2.在Cpmpnet Parameters填入中心频率。
栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。
栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。
5.点击Synthesize和Analyze栏中的↑箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。
填入75 Ohm和30deg可以算出微带线的线宽1.38 mm和长度15.54mm。
图计算
3.2.2连接好电路，将的W、S、L输入，进行、仿真
具体方法是：
1.在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏
窗口左侧的工具栏变为右图2-0所示。
（1）在工具栏中点击选择微带线MLIN并在右侧的绘图区放置。
（2）选择微带线MLIN以及控件MSUB分别放置在绘图区中。
（3）选择画线工具将电路连接好，连接方式见下图2-1。
图
图传输线原理图
2.双击图上的控件MSUB设置微带线参数。
H:基板厚度(62 mil)
Er:基板相对介电常数
Mur:磁导率(1)
Cond:金属电导率+7)
Hu:封装高度+33 mm)
T:金属层厚度(0.03mm)
TanD:损耗角正切
Roungh:表面粗糙度(0 mm)
3 .双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.26mm和2.6 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改)。
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；ADS
1.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。图1展示的是集总参数低通原型滤波器到集总参数带通滤波器的变换过程。该图说明根据带通滤波器的频率特性而言，（在通带内）串联臂应采用串联谐振为低阻抗，并联臂应采用并联谐振为高阻抗。而微带线带通滤波器的设计也是在上述变换原理的基础上扩展得到的。一般来说，与微波带通滤波器相应的低通原型有两种模型。一种是电感输入式电路，经变换后为含阻抗K的变换器，另一种是电容式输入电路，经变换后为含导纳J的变换器。
