微带线阶跃阻抗滤波电路的ADS辅助设计

微带线阶跃阻抗滤波电路的ADS辅助设计 CHINANEWTELECoMMUNICATIONS 1'1, 周正宋宇飞一 (1.南京 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 学院通信工程学院南京211167) (2.东南大学信息与工程学院南京210096) 水 1引言 在射频通信电路中,需要使用滤波电路来分离 有用信号,滤除干扰信号.因此,高性能的滤波电路 对设计一个好的射频系统具有重要意义.微带线电 路由于体积小,重量轻,频带宽,易于匹配等优点,在 滤波电路中得到了广泛的应用.滤波器体积的减小, 使得单位面积中的结构紧凑,内部耦合情况复杂.由 于难以对所有的耦合情况都进行准确 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 ,采用传 统的设计方法——通过经验公式,查阅图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 来求得 相关设计参数,使得所设计的电路性能指标不理想, 且过程复杂繁琐. 近年来,随着射频电路辅助设计软件的不断发 展,利用仿真软件进行微带线滤波器的设计,可以绕 开复杂的理论计算和推导.本文借助射频电路设计 软件ADS(AdvancedDesignSystem),通过实例介绍 一 种有别于微带线滤波器的传统设计方法,只通过 很少量的人工计算,就设计出阶跃阻抗(也称高阻/ 低阻)低通滤波电路,并对其进行仿真验证. 2阶跃阻抗低通滤波电路设计过程 下面以一个截止频率2.4GHz的0.5dB等波纹 契比雪夫低通滤波电路为例说明其设计过程.要求 在2倍截止频率处具有不小于30dB的衰减,通带内 的端口反射系数要小于一20dB.电路的输入,输出阻 抗为50Sq,微带线所在的基板厚度日=Imm,相对介 电常数,-=4.3,微带线的金属层厚度为0.01ram. 2.1归一化低通滤波电路设计 等波纹切比雪夫滤波电路的衰减特性可以用契 比雪夫多项式描述,其插入损耗儿表示为: IL=lOlgfl+()f 其中力为归一化频率,n为常数,,(力)为?阶 契比雪夫多项式 TN(n)=c.sl,c.s,l.IS21~<1. ()=coshINcosh力I,LOI>~1, 当波纹为O.5dB(即a=0.3493)时,其在2倍截止 频率处具有稍大于30dB的带外衰减,为了慎重起 见,此处不妨选择5阶电路进行设计. 查阅0.5dB等波纹契比雪夫滤波归一化低通滤 波电路参数表,可以知道其参数(go=l,g=1.7058,g2 =1.2296,g3=2.5408,g4=1.2296,g5=1.7058,g6=1),因 此确定归一化的低通滤波电路如图1所示. 基金项目:南京T程学院校级科研基金项目资助(项目号:121102090302). CHINANEWTELECOMMUNICATIONSJanuary2010 图15阶归一化低通滤波电路 2.2用传输线代替电感和电容 根据理论分析可知,当传输线的长度远小于工 作波长时,一段高阻抗短传输线可以等价为一个串 联电感,一段低阻抗传输线可以等价为一个并联电 容.因此可以交替使用高阻抗和低阻抗传输线来代 替电感和电容,构造由传输线组成的分布式参数滤 波电路.如果选择具有高,低特征阻抗的微带线来构 造滤波电路,则就构成了微带线阶跃阻抗滤波电路. 在选择微带线的高特征阻抗Zh和低特征阻抗ZJ 时,其值不能太高或太低,否则会导致微带线的宽度 过窄或过宽而不利于电路的实现.此处选择z|"'= 120f~和z1=20Q.在滤波电路的设计中,从归一 化低通滤波电路到实际滤波电路进行了频率变换和 阻抗变换,可以利用下面的公式来确定代替串联电 感和并联电容的电长度. r, =, 串联电感 Z w = ,并联电容 ,J0 由此可以计算出gl,g5参数所对应的微带线的 电长度分别是0.68232,0.51233,1.01632,0.51233, 0.68232,所得参数的单位是rad. 2.3在ADS中构建微带线滤波电路原理图 在原理图中需要放置g,gs所对应的微带线 TL2,TL5,还要放置go和g6所对应的微带线TL1和 TL7(其实质就是两个单位元件,在实现的时候用两 个0.25A长,特征阻抗50Q的微带线来构成,因此 并不影响滤波器的特性).所建电路如图2所示.其 中"MSUB"设置了介质基板的物理参数;为了仿真的 需要,在电路图中加入了两个"Term"端口和仿真控 制器SP1;考虑到设计后仿真的指标未必理想,加入 了变量控键"VAR"为后续的优化服务. 为了确定所有微带线的长度和宽度,需要借助 ADS中的微带线计算工具(LineCale),在其中填入微 带线所在基板的参数,微带线工作的频率以及各段 微带线的特征阻抗和电长度,就可确定出所对应的 微带线的长度和宽度.通过微带线计算工具最终计 算的各段微带线的结果如表1所示. 从表1可见,微带线具有对称性.因此在变量控 键参数的设置当中,要保证电路的对称性. 表1各段微带线的长度和宽度 蜀健j(ram)--li(mm) l93l7.24 gi7国37.04i g2.?O.255.99一 g37.o3l0.49 g4氆255.99 『 g57?37.04 g61.93l7.24 图2微带线滤波电路原理图 中国新通信2010.1 65 66 CHINANEWTELECOMMUNICATIONS 2.4仿真,优化及结果分析 仿真后可观察到在截止频率处的插入损耗为 0.213dB,在2倍截止频率处的衰减为25.077dB,端 口反射系数一13.194dB.显然带外衰减和反射系数不 满足设计要求,需要对电路进行优化. 通过改变微带线的长度和宽度可以改善带外衰 减等,但若使得微带线的宽度过窄则不利于加工;若 使得微带线的长度过长,接近输入信号的波长,则将 不再满足阶跃阻抗滤波电路的设计条件.因此在设 置变量控键"VAR"中参数的时候,不可使每个变量 的变化范围太大.在优化仿真过程中,可以根据实际 情况进行适当调整. 在设置优化目标控键时,要将多个优化目标同 时设置,进行联合优化.本例中按设计要求设置优化 目标控键:在大于2倍截止频率处具有不小于30dB 的衰减,在通带内的端口反射系数小于一20dB,在通 带内的波纹系数不大于,0.5dB.由于原理图仿真和 实际情况会有一定偏差,在设定优化参数时,也可以 适当的增加通带宽度. 通过对微带线的长度和宽度进行优化,仿真后 目标得以实现,优化结果如图3所示,满足了设计指 标要求.如果一次优化不能满足设计指标要求,可以 适当调整变量的取值范围,进行多次优化. 在实际设计当中,为了进一步的验证电路设计 的指标,还可以在ADS中对生成的板图进行仿真, 通过验证后才制作实际的电路板. 3结论 通过对阶跃阻微带滤波器的设计,可以看到使 用ADS辅助设计电路,理论计算简单,设计过程快 速,参数修改容易,验证方便,缩短了设计周期,提高 了设计精度,在工程中具有实用价值. 参考文献 …1刘长军等.射频通信电路设计.北京:科学出版社,2005 [2】RadmaneshMM.RadioFrequencyandMicrowaveElectronicsIllustrated.北京:电子]: 业出版社,2002 [3]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例.北京:电子丁业出版社,2009 ADSAidedDesignofMicrostripFilterUsingStepped——impedance 1'l' ZhouZheng….SongYui (1.CollegeofCommunicationEngineering,NanjingInstituteofTechnology,Nanjing211167,China) (2.CollegeofInformationScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Naming210096,China) AbstractThispaperintroducesamethodologyofdesigningmierostripfilterbasedonsoftwareADS,presentsthedesignapproach andexample,andverifiesthemethodologybysimulationresults.Thesimulationresultsshowthatthedesignprocedureissimpleand practica1. KeywordsADS,filter,steppedimpedance,microstrip (收稿日期:2009年12月14日) CHINANEWTELECOMMUNICATIONSJanuary2010