一种基于ADS优化的微带线带通滤波器设计及实验

总第44卷 第 498期 2O 年 第 6期 电稠与仪裹 Eleetrleai Measurement＆ Instrumentation Vo1．44 NO 8 Jun．2007 一 种基于ADS优化的微带带通滤波器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及实现 木 邹德慧，赖万昌，戴振麟，葛良全 (成都理工大学 核技术与 自动化 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，成都 610059) 摘要：介绍微带带通滤波器 ADS全局优化设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及其设计流程，重点阐述 ADS设计流 程中的参数优化、器件仿真、矩量法 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 等相关内容。微带带通滤波器实物的性能测试表 明：通带传输衰减小于 2．5dB，端口反射系数小于一15dB，阻带衰减接近 40dB，其物理尺寸 约 8x2．5x1．5cm．基于 ADS优化的微带带通滤波器设计优于传统设计。 关键词：微带带通滤波器；ADS；全局优化；矩量法 中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：10o1—1390(2007)06—0031—03 Optimal design of microwave band-pass fiRer based on ADS ZOU De-hui，IA I Wan—chang，DAI Zhen—lin，C,e Lian g—quan (College of Applied Nuclear&Automation Engineering，Chengdu Univercity of Technology，Chengdu 610059，China) Abstract：This paper introduces the method of optimal design of microwave band—-pass filter based on Advanced Design System (ADS)．And the parameter design，simulation and analyse of Method of Moments (MoM)is given．The result of the test indicates that the attenuation in band is less than 2．5dB，the reflect coefficient is less than-15dB，the attenuation out of band is close to 40dB，and the physical size is only 8x2．5x1．5cm，the optimal design of mi— crowave band-pass filter based on ADS is better than the conventional design ． Key words：microwave band-pass filter；ADS；optimal design ；MoM 0 引 言 微波滤波器在微波中继通信、卫星通信、雷达技 术、电子对抗及微波测量仪器中都有广泛的应用。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 Design Syste 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。本文利用 ADS软件对微带带通 滤波器进行优化设计，节省了设计时间，提高了设计 精度和设计效率。 1 基于ADS优化的微带带通滤波器设计 1．1 微带带通滤波器的设计指标 (1)通带频率范围：5．0～6．0GHz； (2)带内衰减：小于 2．5dB； (3)带内波动：小于0．5dB； (4)带内输入输出端口反射系数 ：小于一15dB； ’国家“863”计划资助项 目(2006AA09Z219) 阻带耗损：4．4GHz以下及 6．6GHz以上，衰减大于 40dB。 1．2 全局优化设计及其 实现 根据带通滤波器和低通原型滤波器之间的频率 对应关系．得到带通滤波器中心频率 6．6GHz所对应 的低通原型滤波器的频率 ，由低通原型滤波器的衰减 频应特性曲线，查出滤波器所需的节数。采用切比雪 夫原型，查切比雪夫特性滤波器的通用衰减曲线，阻 带衰减 40dB，波纹衰减L=O．5dB对应L~9dB，则在纵 坐标上取衰减值为 49dB，得到所设计的滤波器最小 节数n=6。 利用 ADS软件进行优化设计。在 ADS软件原理 图版块中用模拟微带线进行布局，电路板参数按常用 参数设置，添加相应的控件：变量控件 VAR，S参数扫 描控件 S-Param和优化控件Goal，进而得到微带带通 滤波器优化原理图，如图 1所示。 依据设计指标对耦合微带线的线长、线宽及间隙 一 31— 维普资讯 http://www.cqvip.com Doc uCo m P DF Tria l ww w.pd fwiz ard. com 总第44卷 第 498期 2OO7年 第6期 电嗣与仪裹 EIectrleal Measurement＆ Im lrlzmm tation Vlo1．44No．4媚 Jtta．2O0r7 0 亡==量GO At．" ：：[jG L9 ] ： ’ _。 。‘_’ ’_ ’。 0A ’ l · · ·■■■■■—■■●■—■■—●■—■ · ·■●—■—■—■■———■—●●一· ． ． ． ． ， 0删 ． ． ． ． ． ． ． ． ．C ． ． ． ． ． O髓hGo，I1 OptimG0~4 矗pr=’US(S(I．1 ‘ P ‘ 8(s窜．I ’ ’ ’ ’ 。 Sire —Im~tNllrlt=。SP1。。 ‘ ’Sh -{囊神nc‘N 1‘土 gP1。 - · · · · ●^ nl · 。 · 。 ‘ · · 。 ·Mi'lR· ‘ ‘ · ‘ ’ · 匝正卫 ． Optim ． ． ． D lm0 ． ． ． ． ． ． ． ． p~!mr Pe。 ert ust oPt ．y ．rs=y*s 。丌n ’ 。 bs‘ bo 笛 I知che悔=INI" ’ 。 rt甘 咖 图 1 微带带通滤波器优化原理图 进行全局优化，常用的优化方法有 Random (随机)、Gradient(梯度)等，随机法通常用于大 范围搜索，梯度法则用于局部收敛，因此，在 具体设计中，首先适当放宽各个参数的取值 笔． 范围，采用随机法优化 1000次，而后，粗略 ：． 判断随机法之结果的可行性并适当缩小各 个参数的取值范围，进而采用梯度法优化 500次。本设计经多次全局优化后 ，得到如 表 1所示的各节耦合微带线具体尺寸。其中 、S、L分别为线长、线宽、间隙。 ，。 原理图仿真曲线如图 2所示，可以看 ． ： 到 ，在 5．0—6．0GHz内通带传输衰减小于 等 一 ldB，起伏小于0．5dB，端口反射系数小于 。 = 一 20dB，原理图仿真结果达到设计指标，而 。。 且，其寄生通带远在 15GHz以外，符合实际 需要。但是，阻带参数还有一定差距，并未达 同 ———] 广———] 网·———] ————] 峥 ．2∞GHz I Ilre哆．990G№I Ifreq ．50 I re许l6．0∞ z l 9I · 20 I In ．q-1_196 l IrI -1‘1∞ 0OHz 997 I h7 1 '23 J ●D ●5 SD 55 eo ‘5 7D ●D ·s sD ● do ‘l 7o freq／GI-Iz freqlGl-lz 丽厂———] 咏广———] 同广———] 同广———] 同-———] l freq-5 50 l Ifreqa4_400G№ l1 0∞ I lfreq|6．0∞G№ I Ifreql6．600G№ I_．0GHz freq,_ OHz 8=1 214E-9 J 3：．36．2 I lm，暑-0 870 I pIl2=．o．891 I =-27 91， I m’ m2 ， 、 要 - { ! I m i ＼ Z ／ ＼ ． ．o ⋯ ＼ ＼ } l 、、 ， ： 到衰减 40dB的设计指标，然而从后续的版图仿真结 果可以知道，六节耦合线的选择基本能够保证阻带的 设计指标。 表 1 各节耦合微带线优化后的尺寸 图2 微带带通滤波器原理图仿其曲线 由原理图生成版图的仿真结果如图3所示。由于 版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算，它 的计算比较复杂，其结果比原理图仿真结果要准确得 耦合节 1 2 3 4 5 6 Whnm 0'5OO213 0．583572 O．586595 O．586595 0．583572 O．5OO213 S／nma O．4 088 0．701372 O．866614 O．866614 O-701372 0．446088 1．／mm 9'43068 9_32426 9-32888 9-32888 9-32426 9．43068 — 32一 多。因此，版图的仿真结果可作为设计可行 性的最终衡量标准。 版图仿真结果表明，5．11～5．95GHz通带 传输衰减小于 1．5dB，带 内波动 略大于 0．5dB，端 口反射系数小于一15dB，阻带在 4．5Ghz与 6．5GHz衰减达到 40dB，基本上达 辫 一鬣一 维普资讯 http://www.cqvip.com Doc uCo m P DF Tria l ww w.pd fwiz ard. com 总第 44卷 第498期 2o07年 第6期 电测与仪表 E1eetrieal M easurement＆ Instrumentation Vo1．44 No 8 Jun．2007 0 ．20 号 ．40 ．60 ．e0 r——] 了_————] l箍牙翘。№J ；! l m2 S21 m3 f 。； ．? ＼． ．●／ 图3 微带带通滤波器版图仿真曲线 到设计要求。同时，我们也注意到，阻带性能稍好于设 计指标。而通带性能稍逊于设计指标。是否可以进一 步降低阻带性能来提升通带性能达到最优设计呢?基 于这一想法。多次优化发现：实现起来相当困难。全局 优化的结果总能保证阻带的性能。而通带的性能在反 射系数与带内衰减之间波动变化。很难达到最优设 O0 ■一 eO．~JO nO l舶 ∞ '0 ∞ o ∞ - h ＼ 10 0自 如 Cn { ＼ 、 ； ∞ ， J0 0a ∞ 呻 Ch' 计。究其原因，根据切比雪夫滤波器设计原 理．对本次设计结构的微带滤波器。六节耦 合线已经能够提供足够的阻带衰减。使得 阻带衰减值相对固定。而通带可能已接近 可发挥性能的极限，使得其提升不易实现。 在得到较好的全局优化设计以后 。需 要依据优化设计结果绘制加工版图、制作 以及器件实物的参数测试。在绘制加工版 图时．受加工工艺的限制。微带线的具体尺 寸需要手动调整到精度 0．Olmm。并考虑到 加工电路板时的侧向腐蚀问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。微带线的 宽度和长度需要适当增加。因此 ，采用“见 数进一”的方法来取值。如 9．421ram取为 9．43ram，也给电路板的调试留下余量。当 然 ．取值完毕后也需要版图仿真。确定精度 的调整是否对最终结果有较大的影响。 设计制作的微带带通滤波器参数测试 曲线如图 4所示 。从图中可以看到，微带带 通滤波器实物的物理尺寸约 8x2．5x1．5cm，符合实际 使用需求。在指标性能方面，5．0～6．0GHz通带内传输 衰减略小于 2．5dB．中心频点 5．5GHz传输衰减约 1．7dB，带内波动略大于0．5dB，带内输入输出端 口反 射系数均小于一15dB。阻带在频点 4．0GHz衰减约 38dB，频点6．8GHz衰减约 40dB，达到设计要求。 ■一 ／， 、 ／ ＼ ／ ／ 、＼ 一 一 ／ 、{＼、 ＼ 、 图4 微带带通滤波器反射参数 |s 与传输参数S 测试曲线 2 结束语 微波带通滤波器的传统设计方法大多是通过图 表查询和曲线拟合来完成，不但工作量大 ，而且设计 精度不高。本文采用 ADS软件对微波带通滤波器进 行设计 、优化及仿真。进而依据设计结果加工制作微 波带通滤波器器件。既减轻了设计者的劳动强度。缩 短了设计周期。又提高了设计精度和设计效率。测试 结果表明微带带通滤波器 ADS优化设计的可行性和 有效性。 参 考 文 献 【1】 成都电讯工程学院七系编．LC滤波器和螺旋滤波器设计【M】．北京： 人民邮电出版社．1978． [2】 张海涛，赵国栋．基于 Ansoft软件的带通滤波器设计[J]．AJlsoft 2004 年用户通讯：84—87． 【3】 清华大学《微带电路》编写组．微带电路【M】．人民邮电出版社． 作者简介： 邹德慧(1979一)，女(汉族)，四川成都人 ，硕士研究生 ，从事核技术应用 研究。Email：zdhahuier@sina．com 赖万昌(1962一)，男(汉族)，教授，从事智能核仪器研究。 收稿日期：2007-04—12 (丘 源 编发) 一 33— 维普资讯 http://www.cqvip.com Doc uCo m P DF Tria l ww w.pd fwiz ard. com