西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 尹彩霞

基于ADS微帶短截線帶阻濾波器的設(shè)計(jì)

西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 尹彩霞

本文采用微帶短截線來(lái)實(shí)現(xiàn)分布參數(shù)的帶阻濾波器，在微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎(chǔ)上，借助ADS(Advanced Design System）軟件工具設(shè)計(jì)出一個(gè)中心頻率為3GHz，阻帶頻率范圍為2GHz～4GHz，在阻帶內(nèi)最大衰減小于3dB，在2．7GHz和3．3GHz時(shí)衰減大于25dB的微帶短截線帶阻濾波器。并進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)，得出仿真結(jié)果及電路板圖。

短截線；帶阻濾波器；ADS；微帶線

1 引言

本文討論采用微帶短截線來(lái)實(shí)現(xiàn)帶阻濾波器,但當(dāng)頻率達(dá)到GHz時(shí),通常由分布參數(shù)元件代替集總參數(shù)元件濾波器,通過(guò)理查德變換,可以將頻率高時(shí)的小電感和小電容等效為一段終端短路或開(kāi)路的傳輸線,因而實(shí)現(xiàn)了集總元件到分布參數(shù)元件的變換［1］。并借助ADS軟件設(shè)計(jì)出符合指標(biāo)的微帶短截線帶阻濾波器。

2 微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎(chǔ)

由集總元件低通濾波器原型可以變換為分布參數(shù)帶阻濾波器,而分布參數(shù)帶阻濾波器采用微帶短截線來(lái)實(shí)現(xiàn),其中理查德(Richards)變換用將集總元件變換為傳輸線段,科洛達(dá)(Kuroda)規(guī)則可將各濾波器元件分隔開(kāi)［1］。

圖1 微帶短截線帶阻濾波器原理圖

3 微帶短截線帶阻濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例

微帶短截線帶阻濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

中心頻率為3GHz,阻帶頻率范圍為2GHz～4GHz,在阻帶內(nèi)最大衰減小于3dB,在2.7GHz和3.3GHz時(shí)衰減大于25dB,系統(tǒng)特性阻抗為50Ω。

根據(jù)微帶短截線帶阻濾波器的設(shè)計(jì)要求,選用微帶線的基板厚度為1mm,相對(duì)介電常數(shù)為2.7,金屬層厚度T=0.05mm,損耗正切值TanD=0.0003。利用ADS的微帶線計(jì)算器LineCale計(jì)算出微帶短截線的尺寸,如表1所示。

將表1微帶短截線的尺寸導(dǎo)入ADS中,并添加微帶電路板參數(shù)控件和S參數(shù)仿真控件,畫(huà)出原理圖,如圖1所示。

對(duì)原理圖進(jìn)行仿真,得到S21參數(shù)如圖2所示。

圖4 帶阻濾波器原理圖生成的版圖

表1 微帶線短截線的尺寸

圖2 仿真結(jié)果

圖3 優(yōu)化仿真結(jié)果

分析上述仿真結(jié)果圖,可以得出S21曲線在2GHz處, S21=-0.539dB,在4GHz處,S21=-0.829dB,滿足而在通帶2GHz～4GHz最大衰減小于3dB的技術(shù)指標(biāo)。在2.7GHz處, S21=-24.048dB,在3.3GHz處,S21=-27.382dB,在2.7GHz和3.3GHz處衰減大于25dB,不滿足設(shè)計(jì)要求,因此需要進(jìn)一步優(yōu)化。添加變量控件VAR,優(yōu)化Optim控件,及4個(gè)Goal目標(biāo)控件來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。這4個(gè)Goal控件用來(lái)：優(yōu)化通帶內(nèi)的S(2,1),優(yōu)化低端阻帶內(nèi)的S(2,1) (在2.7GHz以下達(dá)到25dB衰減),優(yōu)化高端阻帶內(nèi)的S (2,1)(在3.3GHz以上達(dá)到25dB衰減)。根據(jù)設(shè)計(jì)好的各控件優(yōu)化參數(shù),就可以對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化仿真了。優(yōu)化仿真結(jié)果如圖3所示。

由優(yōu)化后的S21曲線知,在2.7GHz和3.3GHz處衰減大于25dB的技術(shù)指標(biāo),達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。將優(yōu)化后的原理圖生成版圖,如圖4所示。

4 結(jié)論

本文在微帶短截線帶阻濾波器的理論基礎(chǔ)上,分布參數(shù)帶阻濾波器采用微帶短截線來(lái)實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)了一個(gè)中心頻率為3GHz的微帶短截線帶阻濾波器實(shí)例,闡述了借助ADS軟件怎樣完成帶阻濾波器的設(shè)計(jì)方法。從得出的仿真結(jié)果中來(lái)看,此設(shè)計(jì)滿足技術(shù)指標(biāo),也可以看出利用ADS軟件做濾波器的優(yōu)點(diǎn)。

[1]黃玉蘭．射頻電路理論與設(shè)計(jì)[M]．北京:人民郵電出版社,2008．10

[2]清華大學(xué)《微帶電路》編寫(xiě)組．微帶電路[M]．北京:人民郵電出版社,1975

[3]夏祖學(xué)．一種EBG微帶濾波器的設(shè)計(jì)[J]．西南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006,21(2):36-40

[4]徐興福．ADS2008射頻電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2009

[5]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),2009．14(5):9-12