微带低通滤波器的设计与仿真
微波实验报告_微带短截线低通滤波器的设计、仿真与测试
微波实验报告_微带短截线低通滤波器的设计、仿真与测试综合课程设计实验报告课程名称：微波方向综合课程设计实验名称：微带短截线低通滤波器的设计、仿真与测试院（系）：信息科学与工程学院专业班级：姓名：学号：指导教师：2011年12月22日1/13一、实验目的和要求1、目的：通过这次课程设计，进一步理解微波工程的相关内容，熟练运用Microwave Office和Protel等软件，通过这学期学习、练习的积累，选择一个微波器件，依据MWO的仿真结果，使用protel99se将其绘制成电路版图（PCB）。
最后在老师的帮助下制成实物并与仿真结果对比分析，在实践中加强自己对微波工程的体会与理解。
2、要求：从以下题目中选择一个微波器件,依据MWO的仿真结果,使用protel99se将其绘制成电路版图(PCB)。
（器件的工作频率和学号相关）1)3dB微带功率分配器;2)微带短截线滤波器3)3dB微带定向耦合器PCB板采用介电常数为4.5，厚度为1mm的FR4基片；电路尺寸必须按照自己相应的MWO设计结果绘制；电路外轮廓为矩形,尺寸必须为:50mm*40mm或40mm*20mm；每个电路端口必须在电路板的侧面，并使用至少5mm长度的50ohm微带线连接。
二、实验内容和原理1、内容：在介电常数为4.5，厚度为1mm的FR4基片上（T取0.036mm，Loss tangent取0.02），设计一个3阶、最大平坦型微带短截线低通滤波器，其截止频率为f（2.2GHz），阻抗是50欧姆。
2、原理：2/13（1）Richards变换：集总元件构成的滤波器通常工作频率较低，在微波频段，我们常常采用微带结构实现较好的滤波性能。
在设计得到滤波器原型之后，为了实现电路设计从集总参数到分布参数的变换，Richards提出了一种变换方法，这种变换可以将集总元件变换成传输线段。
如图1所示，电感L可等效为长为λ/8，特性阻抗为L的短路线；电容C可等效为长为λ/8，特性阻抗为1/C的开路线。
3微带低通滤波器ADS2011仿真实验
微带低通滤波器ADS 仿真实验一．实验目的1.了解微带低通滤波器的设计方法及原理2.熟悉ADS2011软件 二．具体指标 1.具有最平坦响应 2.截止频率GHz c 5.2=ω3.在GHz 4=ω处的插入损耗必须大于20dB4.阻抗为Ω50,采用6阶巴特沃兹低通原型,最高实际线阻抗为120Ω,最低实际阻抗为20Ω，采用的基片参数为02.0tan ,2.4,58.1===δεr mm d ，铜导体的厚度为mm t 035.0=三．滤波器设计步骤1.根据设计要求确定低通原型元器件值2.采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线段代替串联电感和并联电容。
所需微带线的电长度l β,以及实际微带线宽w 和线长l 可由ADS 软件中的lineCalc 工具计算得到3.根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算计算如下：6.015.241||=-=-c w w ，由下图1.1看出,对于n=6的曲线,当6.0)1|(|=-cw w时，LA 〈20dB ，故最大平坦滤波器级数n=6.图1.1 最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线根据表1.2列出低通原型值：1==.0,.1=5176=ggg。
gg4142=g=2,.15,65176.0,4142.0931893183.04,表1.2 巴特沃兹滤波器低通原型元器件值四．滤波器原理图设计1.建工程打开ADS2011，点击— > next —〉在workspace name中写入工程名称StepFilter_wrk—〉点击finish2.在StepFilter_wrk工程里创建原理图在folder view中选中你建立的工程，右键点击New Schematic,然后ok。
3.画微带线原理图在红框处打入MLIN回车，软件就会自动帮你找到微带线元器件（后面的元器件均如此添加)，画好的原理图如图1.3图1.34.电路参数的设置添加器件MSUB，双击MSUB，添加参数如图1。
微带阶梯阻抗低通滤波器原理图的仿真_物联网：ADS射频电路仿真与实例详解_[共10页]
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║260 物联网：ADS 射频电路仿真与实例详解 5式（11.7）和（11.8）中，L 和C 是低通滤波器原型的元器件值，R S 是滤波器阻抗。
2．阶梯阻抗低通滤波器的设计下面设计微带线阶梯阻抗低通滤波器，设计的详细过程可以参阅人民邮电出版社出版的《射频电路理论与设计》。
要求截止频率为3GHz ，通带内波纹为0.5dB ，在6GHz 处具有不小于30dB 的衰减，系统阻抗为50Ω。
选微带线特性阻抗最大值h Z =120Ω，特性阻抗最小值l Z =15Ω。
设计微带线阶梯阻抗低通滤波器的步骤如下。
（1）根据波纹为0.5dB 切比雪夫滤波器衰减随频率的对应关系，滤波器需为5阶，对应的切比雪夫低通滤波器原型元器件值为111.7058g C ==221.2296g L ==332.5408g C ==441.2296g L ==551.7058g C == （2）利用式（11.7）和（11.8）计算可以得到 1 1.70581518029.350l ⨯=⨯≈︒πβ 2 1.22965018029.4120l ⨯=⨯≈︒πβ 3 2.54081518043.750l ⨯=⨯≈︒πβ 4 1.22965018029.4120l ⨯=⨯≈︒πβ 5 1.70581518029.350l ⨯=⨯≈︒πβ （3）低通滤波器电路的示意图如图11.3所示，其中图11.3（a ）为由低通滤波器原型元器件值构成的低通滤波器，图11.3（b ）为微带线阶梯阻抗低通滤波器。
图11.3 低通滤波器电路的示意图11.1.2 微带阶梯阻抗低通滤波器原理图的仿真由上面微带线阶梯阻抗低通滤波器的理论基础，我们得到了微带线阶梯阻抗低通滤波器第11章 分布参数低通滤波器的仿真 261║的电路基本结构，本节学习如何利用ADS微带线的计算工具完成微带线的计算，以及如何设计并仿真微带线阶梯阻抗低通滤波器的原理图。
微带线阶梯阻抗低通滤波器的设计指标如下。
微带低通滤波器的仿真设计
微带低通滤波器的仿真设计陕西理工学院毕业设计微带低通滤波器的仿真设计王艳磊(陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业 2007级5班陕西汉中723000)指导教师:贾建科[摘要] 在实际的应用中～射频信号的频率范围非常广～通常所用的有用信号只是在很小的频段内～因此需要通过滤波器来实现。
滤波器是用来选择性地通过或抑制某一频段信号的装置。
在高频是滤波器通常由分布参数元件构成～因为其成本低且有较高的可重复性～而绝大部分分布参数滤波器都是用微带线设计的～通过在电路板上构成电路回路来实现滤波特性。
本文简要介绍了采用高低阻抗微带线实现分布参数低通滤波器的方法～并且着重通过一个具体设计实例给出微带滤波器的整个设计过程和AWR 仿真结果。
[关键词] 微带低通滤波器 AWR 仿真Design and Simulation of Microstrip Low-pass FilterWang Yan lei(Grade 07,Class 5,Major electronics and information engineering ，Electronics and informationengineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Jia Jian Ke[Abstract]: In practical projects, the range of frequency is very wide. Useful signal is usually used only in a narrow band, so it needs filters. Filter is a device which is used to select frequency required. At high frequency, the filter is normallycomposed of distributed parameter components because of low cost and high repeatability. Most distributed parameter filters are designed by the microstrip line and achieve performance by constituting loop on the circuit board. This article briefly describes the method of achieving low-pass filter of distribution parameters with Stepped-Impedance, L-C Ladder Type Low-pass Filters and mainly gives the entire design process and the AWR simulation results based on a specific example.[Key words]: Microstrip Low-pass Filter AWR simulation陕西理工学院毕业设计目录第一章引言 (1)1.1研究的意义 (1)1.2滤波器的发展史 (1)国内外的研究动态 ........................................... 2 1.31.4 本设计主要完成的任务 (4)第二章微波滤波器及微带电路的基本理论 ......................... 5 2.1 微波网络 ................................................... 5 2.1.1 二端口网络 ............................................... 5 2.2 滤波器的传输函数 ........................................... 6 2.2.1 Butterworth响应 (7)Chebyshev2.2.2 响应 (7)Elliptical2.2.3 Function响应 ......................................8 2.3微波滤波器的参数 (9)2.4微带线的基本理论 ............................................ 9 第三章归一化原型滤波器设计 ................................. 12 3.1归一化低通原型滤波器 ....................................... 12 3.2切比雪夫低通原型 ........................................... 13 第四章微带低通滤波器的设计与仿真............................ 15 4.1 理论计算各元件的真实值 .................................... 15 4.2 理论计算微带低通滤波器的实际尺寸 .......................... 15 4.3 AWR软件的介绍 ............................................. 16 4.4仿真与实验结果 ............................................. 16 小结 ........................................................ 21 致谢 ........................................................ 22 [参考文献] (REFERENCES) . (23)陕西理工学院毕业设计附录(A)英文文献 (24)附录(B)英文文献的中文翻译 (30)陕西理工学院毕业设计第一章引言1.1研究的意义无线通信业务的迅猛发展，在给人们的沟通和生活带来方便的同时，无线通信系统也对无线电频谱资源的需求不断增加，使得目前适宜于无线通信的频谱资源变得越来越紧张。
低通滤波器的设计与仿真
低通滤波器的设计与仿真设计低通滤波器需要考虑以下几个方面：1. 频率响应：低通滤波器的频率响应应该呈现出降低高频分量的特性。
常见的频率响应形状包括巴特沃斯型（Butterworth）、切比雪夫型（Chebyshev）以及椭圆型（Elliptic）等。
2.通带衰减和阻带衰减：通带衰减是指滤波器在低频范围内将信号传递的衰减程度，而阻带衰减则是指滤波器将高频信号抑制的程度。
一个优秀的低通滤波器要能够实现较低的通带衰减和较高的阻带衰减。
3.相位响应：滤波器的相位响应与滤波后的信号延迟有关。
在一些应用中，信号的相位延迟会对系统的性能产生影响，因此需要对低通滤波器的相位响应进行合理设计。
设计滤波器的一种方法是使用模拟滤波器设计技术。
在模拟滤波器设计中，可以使用模拟滤波器的传递函数、阶数以及频率响应形状等参数进行设计。
根据设计的参数，可以利用电路设计工具进行滤波器的仿真和优化。
最终得到满足要求的模拟滤波器电路。
另一种方法是使用数字滤波器设计技术。
数字滤波器是通过数字信号处理的方法实现滤波效果的。
在设计数字滤波器时，需要选择适当的滤波器类型（如FIR滤波器或IIR滤波器）、阶数、滤波器系数等参数。
可以使用各种数学算法和信号处理工具进行仿真和优化，最终得到满足要求的数字滤波器。
在设计和仿真低通滤波器时，常用的工具有MATLAB、Simulink、SPICE等。
这些工具提供了丰富的滤波器设计函数和可视化界面，可以方便地进行设计和仿真。
在进行滤波器设计和仿真过程中，需要注意选择适当的滤波器类型和参数。
此外，还需要根据应用需求进行滤波器的性能优化和调整。
通过设计与仿真，可以得到满足特定应用需求的低通滤波器，提高系统的性能和信号质量。
3 微带低通滤波器ADS2019仿真实验6页word文档
微带低通滤波器ADS 仿真实验一．实验目的1.了解微带低通滤波器的设计方法及原理2.熟悉ADS2019软件二．具体指标1.具有最平坦响应2.截止频率GHz c 5.2=ω3.在GHz 4=ω处的插入损耗必须大于20dB4.阻抗为Ω50，采用6阶巴特沃兹低通原型，最高实际线阻抗为120Ω，最低实际阻抗为20Ω，采用的基片参数为02.0tan ,2.4,58.1===δεr mm d ，铜导体的厚度为mm t 035.0=三．滤波器设计步骤1.根据设计要求确定低通原型元器件值2.采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线段代替串联电感和并联电容。
所需微带线的电长度l β，以及实际微带线宽w 和线长l 可由ADS 软件中的lineCalc 工具计算得到3.根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算计算如下：6.015.241||=-=-c w w ，由下图1.1看出，对于n=6的曲线，当6.0)1|(|=-c w w 时，LA<20dB,故最大平坦滤波器级数n=6。
图1.1 最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线 根据表1.2列出低通原型值：表1.2 巴特沃兹滤波器低通原型元器件值四．滤波器原理图设计1.建工程打开ADS2019，点击 - > next - >在workspace name中写入工程名称StepFilter_wrk- >点击finish2.在StepFilter_wrk工程里创建原理图在folder view中选中你建立的工程，右键点击New Schematic,然后ok。
3.画微带线原理图在红框处打入MLIN回车，软件就会自动帮你找到微带线元器件（后面的元器件均如此添加），画好的原理图如图1.3图1.34.电路参数的设置添加器件MSUB，双击MSUB，添加参数如图1.4图1.4打开tool->LineCalc->Start LineCalc,计算各个微带先的长（l）和宽（w），在substrate parameters窗口设置介质的参数，如图1.5，参数值根据前面MSUB控件填写图1.5在Component Parameters里填入微带线工作频率2.5GHz，如图1.6图1.6在electrical填入Z0(微带线特性阻抗),E_Eff(微带线电长度)，然后单机Synthesize栏中的箭头，物理尺寸参数设置栏会显示得到的微带线线长和线宽（注意：在Synthesize前要把Physical中的W和L的单位设置为mm），其中各支节的Z0（即图Zi）和E_Eff(即图βli度)参考值如下图1.7图1.7用LineCalc计算八段微带线的长和宽后我们要将各个数据添加到变量控件VAR中。
微带滤波器的设计与仿真
实验二 微带滤波器的设计与仿真一、实验目的1、学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真。
2、掌握微带滤波器的制作及调试方法。
二、实验设备 1、台式电脑 1台 配置要符合相关软件要求 2、ADS 软件 1套 微波软件 三、实验内容1、使用ADS 软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。
2、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。
四、技术指标1、具有最平坦响应2、截止频率GHz c 5.2=ω3、在GHz 4=ω处的插入损耗必须大于20dB4、阻抗为Ω50，采用6阶巴特沃兹低通原型，最高实际线阻抗为Ω120，最低实际线阻抗为Ω20，采用的基片参数为02.0tan 2.458.1===δε，，r mm d ，铜导体的厚度mm t 035.0=五、实验过程及仿真结果1、新建滤波器工程和设计原理图，设计完原理图再用对原理图进行优化。
2、设置完优化目标的原理图如附录图1所示，滤波器的参数曲线如附录图2所示，优化后的参数如附录图3所示，生成的版图如附录图4所示。
版图仿镇结果见附录版图仿真(1)附录版图仿真(2)附录版图仿真(3)。
六、实验体会这次实验是微带滤波器的设计与仿真，对于射频电路设计课本中学习的东西，这算是第二次用可视化，可操作的形式展现出来。
对于以前不懂的，模糊的，又一次可以通过操作练习全部展现。
不过，由于按照实验指导书上的步骤进行，射频的很多知识点的还是很不清晰，需要仔细的研究后才能知道操作是在进行着哪一步。
其实，要是平时对书本上的知识再了解的多一点，应该也不会如此困难如此模糊。
所以接下来，我要好好地把理论的知识点梳理出来。
希望下一次实验可以做的很顺利！附录图1 设置完优化目标的原理图图2 滤波器的参数曲线图3 优化后的参数曲线图4 生成的版图图5 版图仿真(1)图5 版图仿真(1)图6 版图仿真(2)图7 版图仿真(3)。
微波无源电路仿真技术(03低通滤波器)
低通滤波器的实现方法（一）
高、低阻抗传输线法：
X βl βl = Z 0tg ≈ Z 0 2 2 2
βl π
4
= B Y0 Sin ( β l ) ≈ Y0 β l β l π
4
= X Z 0 Sin ( β l ) ≈ Z 0 β l β l π B βl βl = Y0tg ≈ Y0 2 2 2
微波无源电路仿真技术
微波低通滤波器设计
电子科技大学 贾宝富 博士
微波低通滤波器的设计方法
微波低通滤波器的设计过程大致可分为3个步骤： (1)根据滤波器的预先给定的技术指标，设计出一 个LC梯型网络低通原型滤波器； (2)通过低通变换得到LC低通滤波器。 (3)选择合适的微波结构用微波网络元件来实现LC 低通滤波器中串联电感和并联电容。 实现微波网络元件的结构有：波导，同轴线，带 状线，微带线等。相对应的低通滤波器分别被称 作波导低通滤波器，同轴线低通滤波器，带状线 低通滤波器和微带线低通滤波器等。
技术指标
截止频率： f1 = 2GHz 通带最大插入损耗：LAr ≤ 0.1dB 4GHz 阻带最大衰减：La ≥ 30dB @ f a = 输入、输出阻抗： 50Ω
确定滤波器级数
如选择切比雪夫滤波器，根据公式，
= LA (ω ′) 10 log10 2 −1 ω ′ ′ = LA (ω ) 10 log10 1 + ε cosh n cosh ′ ω 1 ω ′≤ω1′ −1 ω ′ 2 1 + ε cos n cos ′ ω 1 ω ′≤ω1′
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微带低通滤波器的设计与仿真
分类：电路设计
嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波器。
现把它放到网上，以供大家参考。
带低通滤波器的设计
一、题目
第三题：低通滤波器的设计
技术参数：f < 800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm。
仿真软件：HFSS、ADS或IE3D
介质材料：介电常数εr = 2.65，板厚1mm
二、设计过程
1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f < 800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。
介质材料：介电常数εr = 2.65，板厚1mm。
2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的宽度及长度，确保各段长度均小于λ/8（λ为带内波长）。
3、设计过程：
（1）确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器，Ώs = fs/fc = 1.82，Ώs -1 = 0.82及Lr = 0.2dB，Ls >= 30，查表得N=5，原型滤波器的归一化元件参数值如下：
g1 = g5 = 1.3394，g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1.0000。
该滤波器的电路图如图1所示：
图1
（2）计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50Ώ，则有
C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF， C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50) = 8.6182pF，
L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。
（3）计算微带低通滤波器的实际尺寸：
设低阻抗（电容）为Z0l = 15Ώ。
经过计算可得W/d = 12.3656，εe = 2.4437，则
微带宽度 W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm，
各段长度l1 = l5 = Z0l*Vpl*C1 = 15* 3*10^11/sqrt(2.4437)*5.3293*10^-12
= 15.3412mm，
l3 = Z0l*Vpl*C3 = 15* 3*10^11/sqrt(2.4437)*8.6182*10^-12
= 24.8088mm，
带内波长λ = Vpl/f =3*10^11/(sqrt(2.4437)8*10^8) = 239.8873mm，λ/8 = 29.9859mm，
可知各段均小于λ/8，符合要求。
设高阻抗（电感）为Z0h = 95Ώ。
经过计算可得W/d =0.85，εe = 2.0402，则
微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm，
各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm，
带内波长λ = Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm，λ/8 = 32.8175mm，
可知各段均小于λ/8，符合要求。
（4）参数修正
经过反复优化与调试，最终确定的低通滤波器的各参数如下：
低阻抗线W1 = W3 = W5 = 14.30mm
l1 = l5 = 18.50mm
l3 =26.97mm
高阻抗线W2 = W4 =1.05mm
l2 = l4 =30.77mm
三、仿真调试与结果
本仿真基于ADS软件，设计中的低通滤波器的电路原理图如图2所示：
按图连线，设置好参数后，运行仿真，得到S（2,1）（dB）关于f（MHz）的曲线图如图3及图4所示：
图2
由图3可以看出，设计的低通滤波器在频率大于1100MHz时，即通带外300MHz处，才使得滤波器的插入损耗L大于20dB，不满足设计要求。
但由图4可知，通带内损耗小于2dB，符合要求。
图3
图4
据此，在电路原理图上设置一个变量控制器以及优化控制器，用以优化滤波器的参数，如图5所示：
图5
通过优化以后，再仿真得到的滤波器特性曲线如图6与7所示：
由图6可以看出，设计的低通滤波器在频率大于900MHz时，即带外100MHz处，滤波器的插入损耗L大于20dB，满足设计要求。
图6
由图7可以看出，设计的低通滤波器在频率小于760MHz时，滤波器的插入损耗小于2dB，在800MHz处不到6dB，约有40MHz 的误差，基本满足设计要求。
图7
参数调整好后，导出微带线的版图，如图8所示：
图8
调整好布局，对其进行仿真（注意端口的放置，图中端口1、2分别放在上下两个顶点处），得图9所示特性曲线：
图9
可以看出，该曲线与原理图的仿真相近，只是带外100MHz（即900MHz~1100MHz）损耗仍旧小于20dB，1100MHz以后才有大于20dB的损耗，存在约200MHz的偏差。
如需要更加精确的仿真结果，则要重新反复地优化微带的参数。
附1：Smith圆图
图10
附2：寄生通带
图11
如图所示，在高频段会产生一些寄生通带，不知何因？还请高手不吝赐教！
四、AUTOCAD图
最后导出AUTOCAD图，添加标注，AUTOCAD图如图10所示
图12
这个图拿去做板的话不适用，得自己用autoCAD画出来，并标上尺寸。
如图13所示：
图13。