西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 劉小亞 尹彩霞

基于ADS微帶短截線低通濾波器的設(shè)計(jì)

西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 劉小亞 尹彩霞

本文采用微帶短截線來實(shí)現(xiàn)分布參數(shù)的低通濾波器。在文中，介紹了微帶短截線的理論基礎(chǔ)，利用ADS軟件設(shè)計(jì)出一種通帶頻率范圍為0GHz～6GHz，通帶內(nèi)衰減小于3dB，在8GHz衰減大于20dB，系統(tǒng)特性阻抗為50Ω的微帶短截線低通濾波器。并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出電路板圖以及仿真結(jié)果。

低通濾波器；ADS軟件；仿真結(jié)果

1 引言

目前，在無線通信系統(tǒng)中，如何抑制干擾濾除諧波分量，同時(shí)選擇合適的信道，運(yùn)用微帶濾波器提取有用的頻譜信號(hào)是非常重要的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體性能與微帶濾波器性能的好壞直接相關(guān)，從而對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)有較高的要求。然而計(jì)算機(jī)輔助軟件ADS 被廣泛運(yùn)用，能夠有效避免設(shè)計(jì)者花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行理論推導(dǎo)和計(jì)算，有效縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率[1]。

2 微帶短截線低通濾波器的理論基礎(chǔ)

分布參數(shù)低通濾波器可通過集總元件低通濾波器變換實(shí)現(xiàn)，低通濾波器采用微帶短截線實(shí)現(xiàn)，其中科洛達(dá)（Kuroda）可以將各濾波器元件分隔開，理查德（Richard）變換將集總元件變換為傳輸線段。終端短路的一段傳輸線可等效為電感，當(dāng)傳輸線的長度為等效關(guān)系為[2]：

3 微帶短截線低通濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例

微帶短截線低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)如下：通帶頻率范圍0GHz~6GHz，通帶內(nèi)衰減小于3dB，在8GHz衰減大于20dB，系統(tǒng)特性阻抗為50Ω，微帶線基板的厚度為2mm，基板的相對(duì)介電常數(shù)為2.7。同時(shí)，設(shè)計(jì)中要求微帶線的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，電導(dǎo)率為4.1E+7，導(dǎo)體層厚度為0.05mm，損耗角正切值為0.0003。

根據(jù)微帶線的參數(shù)，計(jì)算出微帶線的尺寸如下表所示：

表1 微帶短截線的尺寸

根據(jù)微帶線的尺寸，設(shè)計(jì)的帶有終端負(fù)載的微帶短截線低通濾波器原理圖如圖1所示：

圖1 帶有終端負(fù)載的微帶短截線低通濾波器原理圖

對(duì)原理圖進(jìn)行仿真，得到微帶短截線低通濾波器數(shù)據(jù)顯示如圖2所示：

圖2 微帶短截線低通濾波器數(shù)據(jù)顯示

圖2所示的曲線在通帶內(nèi)的衰減大于3dB,同時(shí)在8GHz的衰減小于30dB，這樣的結(jié)果不滿足技術(shù)指標(biāo)，需要調(diào)整原理圖，調(diào)諧后的原理圖如圖3所示：

圖3 調(diào)諧后的原理圖

采用調(diào)諧來改變?yōu)V波器中終端開路傳輸線段TL5，TL6，TL7的長度，以達(dá)到合格的S21曲線。保存調(diào)諧后的曲線如圖4所示：

圖4 調(diào)諧后的曲線

圖5 由微帶短截線低通濾波器原理圖生成的版圖

由微帶短截線低通濾波器的原理圖可以生成與之對(duì)應(yīng)的微帶短截線低通濾波器版圖，生成版圖時(shí)，要去掉微帶短截線低通濾波器兩個(gè)端口的Term和“接地”，去掉Term和“接地”的微帶短截線低通濾波器生成的版圖如圖5所示[2]。

4 結(jié)論

本文在微帶短截線的理論基礎(chǔ)上，采用微帶短截線來實(shí)現(xiàn)分布參數(shù)的低通濾波器。在文中，用實(shí)例闡述了如何用ADS軟件完成微帶短截線的設(shè)計(jì)，根據(jù)優(yōu)化仿真結(jié)果知道，此設(shè)計(jì)已經(jīng)滿足了技術(shù)要求。這種電路結(jié)構(gòu)緊湊，方法簡(jiǎn)單可行，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

[1]彭玉峰,林思宏,等．一種基于ADS 的微帶低通濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．微波學(xué)報(bào),2012,6．

[2]黃玉蘭．基于ADS的微帶低通濾波器的實(shí)現(xiàn)[J]．西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào),2009(05)．

[3]劉長軍．射頻通信電路設(shè)計(jì)[M]．北京:科學(xué)出版社,2005: 174-177．

[4]周正,宋宇飛．微帶線階躍阻抗濾波電路的ADS輔助設(shè)計(jì)[J]．中國新通信,2010．1．

零輸入響應(yīng)會(huì)按照指數(shù)規(guī)律快速衰減至零，同時(shí)零狀態(tài)響應(yīng)對(duì)于每個(gè)有界的輸入都是有界的。更深入的分析可知，此估計(jì)值不僅說明有界輸入-有界狀態(tài)響應(yīng)的特性，還說明了零狀態(tài)響應(yīng)的邊界與輸入邊界成比例的特性。那么，對(duì)于非線性系統(tǒng)這一特性又將如何呢？對(duì)于一般的非線性系統(tǒng)來說，它們當(dāng)然會(huì)具有如上的特性，即便是在無激勵(lì)系統(tǒng)的原點(diǎn)全局漸近一致穩(wěn)定這一特殊情況之下也是如此。

5 輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性的定義

讓我們把系統(tǒng)（式1）來看成是無激勵(lì)系統(tǒng)（式2）的擾動(dòng)，并在此條件下假設(shè)無激勵(lì)系統(tǒng)具有李雅普諾夫函數(shù)，由此來計(jì)算V對(duì)u的導(dǎo)數(shù)。由于u的有界性，所以存在這么一種可能，即某些情況下在半徑為的球面外有可能是負(fù)的，其中取決于。但是上述內(nèi)容只不過是我們希望出現(xiàn)的結(jié)果，而在實(shí)際中，例如當(dāng)函數(shù)滿足李普希茨條件時(shí)就是這樣的情況。在半徑為的球外的值是負(fù)的。

穩(wěn)定性在電力控制系統(tǒng)中具有重要的地位，人們對(duì)它進(jìn)行了深入的研究并提出了各種穩(wěn)定性的概念。本文主要研究非線性系統(tǒng)的輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性問題，在非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性概念的基礎(chǔ)上給出非線性系統(tǒng)輸入-狀態(tài)穩(wěn)定(ISS)的基本定義，為以后對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性深入研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

高云（1980—），女，山東臨沂人，大學(xué)本科，工作于國網(wǎng)山東濟(jì)南市歷城區(qū)供電公司調(diào)控分中心，從事自動(dòng)化運(yùn)維工作。