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平行耦合微带线带通滤波器的设计姓名：王珍学号：20120610080312摘要本设计分别基于HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件以及ADS（Advanced Design System）软件进行设计仿真的高性能的平行耦合线微带带通滤波器（PCLM_BPF）。
滤波电路是一种可通过或阻止某种频率信号的电路，其功能就是让指定频段的信号能顺利地通过，而对其它频段的信号起到衰减作用【1】。
PCLM_BPF主要用来截取突出有用频段的号，削弱其余频段的信号或干扰和噪声，以提高信噪比【2】。
本次设计的滤波器特性曲线良好，中心频率损耗为-0.25dB，满足设计要求。
【关键词】HFSS ADS 平行耦合线微带带通滤波器信噪比一、设计原理图1为平行耦合线微带带通滤波器的电路结构示意图。
它有n个谐振器(对应于滤波器的阶数n)，每个谐振器长为半波长(对应中心频)，由n＋1个平行耦合线节组成，长为四分之一波长(对应中心频率)。
图1 平行耦合线微带带通滤波器的电路结构平行耦合线微带带通滤波器的设计可分为以下几个步骤进行：第一步：由给定的通带和阻带衰减特性，用低通到带通的频率变换式(1)，选出合适的归一化低通原型，计算出滤波器的阶数，得到归一化低通原型的元件值（这一部分的计算可以查表得之）；第二步：用网络等效方法，计算各级奇、偶模阻抗；第三步：由各级奇、偶模阻抗，综合出微带线结构尺寸（这一个部分用PUFF 实现）二、计算公式本文所述的设计方法，用到了最大平坦特性与切比雪夫特性滤波器归一化低通原型的结束及原件值得公式及很多图表。
1、由低通到带通的频率变换)(00,1,ww w w W w w -= （1） 上式中，,w 在低通原型的频率变量，,1w 是低通原型的截止频率，w 1 、w 2是带通滤波器的带边频率，w 是带通滤波器的频率变量，w 0是带通滤波器的中心频率，W 是带通滤波器的相对带宽，它按下式计算： 012w w w W -= （2）2、耦合线节的奇、偶模阻抗设滤波器的节数为n ，归一化低通原型的元件值为1210,...,,,g +n g g g ，则有以下设计公式：1100012w g g W Y J π= （3）) 1-n , ... 2, 1,(j 121101,=∙=++j j J J g g w W Y J ，π （4） 1101,2w g g W Y J j j j j ++=π （5） 其中，Y 0为传输线特性导纳，J 代表导纳导致转换器，其余参数W 、,1w 同（1），这样，可以得到第J 个耦合线节的奇模阻抗（Z 00）j 和偶模阻抗(Z 0e )j 分别是1)n ..., 2, 1,(j (7) ])/(/1[1)(Z (6) ])/(/1[1)(20,10,10j 0e 20,10,10j 00+=+-=++=----Y J Y J Y Y J Y J Y Z j j j j j j j j 三、滤波器的理论设计中心频率：2.45GHZ ；带宽BW ：100～200MHZ输入、输出的特性阻抗均为50Ω；在f=2.15GGHZ 上衰减46dB ；选用纹波系数为0.01dB 的切比雪夫原型。
平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化作者：高蟠李少甫何永斌来源：《电脑知识与技术》2012年第16期摘要：在ADS软件的辅助下，设计了一款应用于Ka波段卫星接收机，中心频率为13GHz，带宽为2GHz的平行耦合微带线带通滤波器，应用多步优化算法解决了中心频率偏移的问题。
仿真结果与指标要求吻合，可以应用与实际系统中。
关键词：ADS；接收机；带通滤波器；中心频率偏移中图分类号：TN713.5文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)16-3990-04Design and Optimization of Parallel Coupled Microstrip Lines Band-pass FilterGAO Pan, LI Shao-fu, HE Yong-bin(School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China)Abstract: With the assistance of the ADS software, design a parallel coupled microstrip line band-pass filter that can be applied in Ka band satellite receiver. The center frequency of it is 13GHz and the bandwidth is 2GHz, and the problem of frequency offset can be solved though the application of multi-step optimization algorithm. The simulation results meets the index demands, the parallel coupled mi? crostrip line band-pass filter can be applied with the actual system.Key words: ADS; receiver; band-pass filter; center frequency offset滤波器的功能是让有用的信号顺利通过，不需要的信号则被抑制。
平行耦合线形滤波器的制作方法平行耦合线形滤波器是一种常用的电子滤波器，它主要用于信号频率的筛选和选择。
下面将详细介绍平行耦合线形滤波器的制作方法。
平行耦合线形滤波器的制作方法主要包括以下几个步骤：1.确定滤波器参数：首先需要确定滤波器的相关参数，例如截止频率、带宽等。
这些参数将直接影响到滤波器的性能和特性。
2.设计滤波器电路：根据滤波器参数，设计滤波器的电路结构。
平行耦合线形滤波器一般采用多级级联的方式，每级由电感和电容构成。
在设计电路时，需要根据截止频率和带宽来确定每级电感和电容的数值，以及级联的顺序。
3.选择电感和电容元件：根据设计电路中所需的电感和电容数值，选择合适的电感和电容元件。
一般可以选择市售的电感和电容元件，也可以自己制作。
需要注意的是，选择的元件要符合所需的参数要求，如电感的电感值和电容的电容值等。
4.制作滤波器电路：根据设计电路，将选择好的电感和电容元件按照电路图的连接方式进行焊接。
焊接时需要注意保持电感和电容之间的正确连接，避免短路或反向连接等问题。
5.调试电路：完成电路制作后，需要进行调试验证。
可以使用信号发生器输入测试信号，通过示波器观察输出信号的波形和频谱特性。
根据实际测试结果，可以对电路进行微调和优化，以满足设计要求。
6.封装电路：完成电路调试后，可以将电路进行封装，以便于集成或连接到其他电路中。
封装可以选择直接使用电路板、盒子或其他合适的材料，将滤波器电路进行外部保护和固定。
需要注意的是，在制作平行耦合线形滤波器时，要注意保持电路的稳定和可靠。
可以采用合适的封装和固定方式，避免元件的松动和振动，影响滤波器的性能。
除了上述制作方法，还需要注意一些常见问题和注意事项：1.防止干扰：在设计和制作过程中，要注意防止各种干扰，如电磁干扰、温度变化等。
可以采用屏蔽措施、地线布线等方法，减少干扰对滤波器的影响。
2.精准加工：制作滤波器时，需要保证电感和电容元件的精准加工和质量。
电感的线圈匝数、线径等参数要精确控制，电容的电介质、极性等要符合要求，以保证电路的性能和特性。
平行耦合微带线带通滤波器调试经验1.通过分析平行耦合微带线带通滤波器的电路结构,提出了一种消除滤波器带宽偏离指定设计带宽和在截止频率附近缓和通带内电压驻波比波动过大的方法.疑问：1.什么是电压驻波比？为什么会导致电压驻波比波动过大？有什么危害？解决的办法？2.远距滤波器的基本单元：就是由2条距离很将近的微带线形成的均衡耦合节,在这2条微带线之间可以产生电磁耦合现象,微带线的奇模、偶模通过公共直奔地板产生的耦合效应产生了奇模特性阻抗(zoo)和偶模特性阻抗(zoe).当微带线长度为滤波器中心频率对应波长的1/4时,微带线就具有了远距滤波器特性,即可形成一个均衡耦合节.由于使用单个远距滤波器单元无法赢得较好的滤波器积极响应和平缓的通带回阻带的过渡阶段,因此常将n+1个均衡耦合节级连以形成平行耦合微带线远距滤波器。
均衡耦合节的两端存有短路、开路2种结构疑问：为什么微带线长度为滤波器中心频率对应波长的四分之一，微带线就具备了带通滤波器的特性？3.带通滤波器的设计步骤：1、制定滤波器的技术要求2、根据技术建议,选取设计方法和挑选最合适的标准低通滤波器参gk(k=0,1,?,n,n+1)3、确认归一化频宽、上边频和下边频,按公式排序奇模、偶模的特征电阻值,从而确认微带线的间隔、宽度、长度4、应用eda工具对初步设计进行仿真、优化,然后进行误差分析或谐范围分析以进一步提高设计质量5、制作样品.疑点：史密斯圆怎么看看？如何排序滤波器的技术参数：截止频率，拎内膨胀，charged膨胀，微带线尺寸如何挑选和排序。
什么就是拎内波纹，如何排序，对滤波器存有和影响？采用ads软件优化过后，采用手工调节曲线时发现改变某些参数时曲线将规律的变化。
具体经验如下：1.当减小s1的值时，s11曲线下移，增大时，s11曲线上移，若曲线中通带内波纹过大，也可以通过调节s1来使得曲线变得光滑，减小带内纹波，当s1减小时还可以使得s11和s21曲线之间的距离增大。
研 究 生 课 程 论 文(2015-2016学年第一学期)射频电路分析与设计研究生：说明1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。
论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词3～5个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。
2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。
3、课程论文用A4纸双面打印。
字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用Times New Roman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为 2.5cm、下为2.5cm；其它格式请参照学位论文要求。
4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。
5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器摘要：介绍了平行耦合微带线带通滤波器设计的基本原理，使用安捷伦公司的ADS电磁仿真软件具体设计了一个通带范围为4.8GHz至5.2GHz的一个带通滤波器。
该带通滤波器的通带内的插入损耗低于3dB,相对相速度是真空中电磁波传播速度的60%，2倍的归一化频率处的衰减低于50dB,输入输出阻抗均设置成了50 ，设计达到了给定的指标要求。
关键词：ADS 带通滤波器平行耦合微带线一、平行耦合微带线带通滤波器的基本原理：平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组成，结构简单，易于实现，可以印制在很薄的介质基板上。
平行耦合线微带带通滤波器的结构如图1 所示[1] , 它是由若干带通耦合线节相连组成, 左右对称, 每一个耦合线节长度约为1/4 波长(对中心频率而言，电长度约为90deg), 其等效电路如图1 下方所示。
研 究 生 课 程 论 文(2015-2016学年第一学期)射频电路分析与设计研究生：说明1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。
论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词3～5个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。
2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。
3、课程论文用A4纸双面打印。
字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用Times New Roman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为 2.5cm、下为2.5cm；其它格式请参照学位论文要求。
4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。
5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器摘要：介绍了平行耦合微带线带通滤波器设计的基本原理，使用安捷伦公司的ADS电磁仿真软件具体设计了一个通带范围为4.8GHz至5.2GHz的一个带通滤波器。
该带通滤波器的通带内的插入损耗低于3dB,相对相速度是真空中电磁波传播速度的60%，2倍的归一化频率处的衰减低于50dB,输入输出阻抗均设置成了50 ，设计达到了给定的指标要求。
关键词：ADS 带通滤波器平行耦合微带线一、平行耦合微带线带通滤波器的基本原理：平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组成，结构简单，易于实现，可以印制在很薄的介质基板上。
平行耦合线微带带通滤波器的结构如图1 所示[1] , 它是由若干带通耦合线节相连组成, 左右对称, 每一个耦合线节长度约为1/4 波长(对中心频率而言，电长度约为90deg), 其等效电路如图1 下方所示。
实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，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，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，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。
1、滤波器的介绍滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。
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，在通带外又产生新的通带2、平行耦合微带线滤波器的理论当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，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。
二、耦合微带线滤波器的设计的流程1、确定滤波器指标2、计算查表确定滤波器级数N3、确定标准滤波器参数4、计算传输线奇偶模特性阻抗5、计算微带线尺寸6、仿真7、优化再仿真得到波形图设计参数要求：（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。
基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化
张福洪;张振强;马佳佳
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2010(033)004
【摘要】介绍一种借助ADS(Advanced Design 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2.6 GHz,带宽为200 MHz的微带带通滤波器的设计及优化实例和仿真结果,并进一步给出电路版图Momentum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.
【总页数】5页(P433-437)
【作者】张福洪;张振强;马佳佳
【作者单位】杭州电子科技大学通信工程学院,杭州,310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州,310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州,310018
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.平行耦合式微带线带通滤波器的ADS辅助设计研究 [J], 邓建平;胡泽宾;赵惠昌
2.基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器 [J], 梁荣江;曹栋
3.基于ADS简易设计及优化的平行耦合微带线带通滤波器 [J], 尹彩霞;刘小亚
4.平行耦合微带线带通滤波器的设计与优化 [J], 李奇威;郭陈江;张兴华
5.平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化 [J], 高蟠;李少甫;何永斌
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基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化
时间：2011-03-11 14:56:08 来源：维库 作者：
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. 6 GHz， 带宽为200MH z的微带带通滤波器的设计及优化实例和仿真结果， 并进一步给出电路版图
Momentum 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。
1 基本原理
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。
图1 5级耦合微带线带通滤波器
2 设计步骤
2. 1 设计低通原型
根据带通滤波器的一系列参数通过频率变换和查表选择低通原型滤波器的归一化原型参量。
用ω1 和ω2 表示带通滤波器的下边界和上边界，ω0表示中心频率。将带通滤波器变换为低通原型。
归一化带宽：
2. 2 计算各节偶模和奇模的特性阻抗设计
用g1， g2. . . gN gN + 1和BW 确定带通滤波器电路中的设计参数耦合传输线的奇模和偶模的特性阻抗:
2. 3 计算微带线的几何尺寸
根据微带线的偶模和奇模阻抗， 按照给定的微带线路板的参数， 使用ADS 中的微带线计算器L ineC alc计算得到微带线的几何尺寸W， S， L。
2. 4 仿真及优化
连接好电路， 将计算出的W， S， L 输入， 扫描参数为S11， S21， 进行仿真。一般来说用理论值的得到仿真结果和实际想要得到结果有出
入， 这就需要进行优化。我们可以用ADS中的Opt im 工具来进行多次的优化直到达到预定的设计要求。
3 设计实例
设计指标: 中心频率f 0 为2. 6 GHz， 带宽200MH z， 在f = 2. 8 GH z及2. 4 GHz上衰减不小于40 dB， 通带内纹波3 dB， 输入输出特性
阻抗均为50 。
微带电路板的参数如下: 厚度H = 0. 4mm， 介质相对介电常数为E r = 3. 66， 相对磁导率为Mur= 1，金属层厚度T = 0. 03mm， 损耗正切角
TanD = 0。
根据设计的指标及式( 1) 我们选用n = 5 的3 dB纹波切比雪夫低通原型。查表求得低通滤波器原型的原件取值为:
g0 = g6 = 1, g1 = g5 = 3. 481 7, g2 = g4 = 0. 761 8,g3 = 4. 538 1
由式( 3)得:
计算平行耦合线的W， S， L， 由ADS中的L ineC alc得到。
表1 各节耦合微带线的尺寸单位: mm
时间：2011-03-11 14:56:08 来源：维库 作者：
图2 ADS L inecalc模块。
将上述的结构尺寸输入ADS中并设置微带电路板的参数和S参数的频率扫描范围进行原理图仿真。
以下图3是理论计算值的仿真原理图， 图4是仿真结果。
图3 微带线带通滤波器设计原理图。
微带滤波器的实际电路是由实际电路板和微带线构成的， 实际电路的性能可能会与原理图仿真的结果会有很大的差别。因此， 需要在ADS中对
版图进行进一步的仿真之后才能进行电路板的制作。首先我们要生成版图， 由优化后的原理图生成的版图如图7所示。
接着我们对电路版图进行矩量法Momen tum 仿真， 仿真结果如图8。由图8可以看出版图仿真得到的曲线满足指标要求。版图的仿真是采用
矩量法直接对电磁场进行计算， 考虑了实际因素， 其结果比在原理图中仿真更加真实。
图5 微带线带通滤波器优化原理图
图6 优化后的S 参数曲线图。
图7 微带版图。
图8 微带版图仿真曲线。
4 结论
本文从耦合微带线的基本理论出发， 完整的阐述一种利用ADS 来进行微带带通滤波器的设计方法， 并设计出了一个达到预期的微带带通滤波
器。
利用ADS软件可以大大减少工程师的工作量， 并且能提高效率， 降低成本。
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图4 传输、反射系数仿真曲线图。
经过分析仿真结果出现了中心频率点偏移的， 并且通带内的反射系数较大， 在2. 4 GH z上衰减没有达到要求， 因此需要对其进行优化。优化
时要注意: 耦合线的W， S， L 不要设为具体的值， 而是要有各个变量来代替， 因为这些参数就是优化的目标。变量的设置要需要借助变量控件VAR来
完成， 在VAR中要设置合理的数据范围。优化还需要Optim 控件和目标控件Goa，l 将Opt im 控件中的M axlters的值该为100， 增加优化次数。根据
我们的设计要求设置四个Goal控件。依次分别为: 优化通带内的S ( 2， 1)、优化通带内的S ( 1， 1) (优化通带内的反射系数)、优化低端阻带内的S ( 2， 1)
(设定2. 4 GH z以下达到40 dB衰减)和优化高端阻带内的S ( 2， 1) (设定2. 8 GH z以上衰减达到40 dB)。如果一次优化不能满足设计指标的要求， 则需
要再改变变量的取值范围， 进行重新优化， 直到满足要求为止。
图5为优化原理图， 图6是优化后生成的仿真结果。由图6 中可以看到f = 2. 6 GHz时， S ( 2， 1) =- 0. 113 dB， f= 2. 8 GH z和f = 2. 4 GH
z时衰减都大于40 dB， 反射系数也比较理想， 各项基本满足设计要求。
