基于ADS和HFSS低通滤波器设计与仿真
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。
ADS和HFSS、CST联合仿真
ADS和HFSS、CST联合仿真
ADS和HFSS/CST联合仿真
ADS软件具有强⼤的电路系统级仿真功能，⽽HFSS、CST能够进⾏精确的3D电磁仿真计算，对⽆源器件的仿真优化具有较⾼的精度。
因此结合⼆者的优势，我们可以实现：⼀、在ADS中构建⽆源电路模型，进⾏初步的优化仿真；并最终导⼊HFSS或CST中进⾏精确仿真优化验证。
1.在ADS中构建平⾯结构的⽆源电路拓扑，并layout⾄momentun（ADS中的
2.5维仿真
模块）中，此时schematic中的电路拓扑已经转化为实际的电路版图，最后将momentun 的版图以DFX(flattened)形式export出来。
此时的DFX格式的版图已经可以使⽤AutoCAD打开。
现以⼀个低通扇形偏置电路说明。
图1. ADS中拓扑图图2. layout⾄momentum版图
仿真结果：
图3. 仿真结果
导出时需要注意的是将momentun中版图的端⼝和⽹格取消！
图4. 导出操作
选择DFX(flattened)格式，并选择路径保存⽂件，我们可以将其专门保存⾄⼀⽂件夹，以便于CAD导⼊该⽂件。
导出后⽤CAD 打开如下图：
图5.导出导CAD中的图
2.利⽤HFSS或CST将DFX形式的版图打开，此时版图中的电路结构已经导⼊到HFSS或CST
模型中，只需再建⽴电路基⽚的厚度和其他⼀些端⼝设置，就可以进⾏仿真。
射频ADS微波HFSS相关 射频实验二 射频CAD软件ADS的使用方法
实验二射频EDA软件ADS的使用方法一实验目的1. 简单了解射频EDA软件的原理及构成。
2. 初步掌握使用射频电路仿真软件ADS进行基本射频电路设计与仿真的方法。
二实验原理1. ADS简介ADS（软件全称为Advanced Design System）是美国安捷伦（Agilent）公司开发的电子设计自动化软件。
ADS功能十分强大，包含时域电路仿真(SPICE-like Simulation)、频域电路仿真(Harmonic Balance、Linear Analysis)、三维电磁仿真(EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP），支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。
最新版本为ADS2006A。
ADS软件可以供电路设计者进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计，其提供的仿真分析方法可分为时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真四大类。
ADS软件包含的具体仿真分析方法如下：◆高频SPICE分析和卷积分析（Convolution）◆线性分析◆谐波平衡分析( Harmonic Balance)◆电路包络分析（Circuit Envelope）◆射频系统分析◆拖勒密分析（Ptolemy）◆电磁仿真分析(Momentum)随着电路结构的日趋复杂和工作频率的提高，在电路与系统设计的流程中，EDA软件已经成为不可缺少的重要工具。
EDA软件所提供的仿真分析方法的速度、准确与方便性便显得十分重要，此外该软件与其他EDA软件以及测量仪器间的连接，也是现在的庞大设计流程所必须具备的功能之一。
Agilent公司推出的ADS软件以其强大的功能成为现今国内各大学和研究所使用最多的软件之一。
ads滤波器仿真实验报告
一．滤波器的基本原理滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。
典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。
镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。
对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。
Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即L L=10lg L LLL LLL；在该式中，Pin 和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。
为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。
滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。
滤波器低通原型为电感电容网络。
其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。
设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。
表1-1列出了巴特沃兹滤实际设计中，首先需要确定滤波器的阶数，这通常由滤波器阻带某一频率处给定的插入损耗制约。
图1-1所示为最平坦滤波器原型衰减与归一化频率的关系曲线。
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二、S 参量的描述高频S 参量和T 参量用于表征射频/微波频段二端口网络(或N 端口网络)的特性。
基于波的概念，它们为在射频/微波频段分析、测试二端口网络，提供了完整的描述。
由于电磁场方程和大多数微波网络和微波元件的线性，散射波的幅值(即反射波和透射波的幅值)是与入射波的幅值呈线性关系的。
描述该线性关系的矩阵称为“散射矩阵”或S 矩阵。
低频网络参量(如Z 、Y 矩阵等)是以各端口上的净(或总)电压和电流来定义的，而这些概念在射频/微波频段已不切实际，需重新寻找能描述波的叠加的参量来定义网络参量。
基于ADS软件低通滤波器的仿真设计毕设开题报告
青岛理工大学基于ADS软件低通滤波器的仿真设计报告课题名称：基于ADS软件低通滤波器的仿真设计学院（系）：通信学院年级专业：电子专业11级学生姓名：陈金科指导教师：聂廷远一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义微带滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。
它的要紧作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。
滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的进程，研究滤波器能够去除输入信号中没必要要的信息，也能够排除噪声对输入信号的干扰，它在微波中级通信、卫星通信、雷达技术、电子对抗和微波测量中，都有普遍应用。
在1937年，由W．P Mason和R．A．Sykes发表的文章中第一研究了微波滤波器，他们是利用了ABCD参数推导出了大量有效滤波器相位和衰减函数。
应用映像参数方式那时要紧在美国各大实验室中，例如在Mn’实验室里，他们重点研究波导滤波器，而在Harvard实验室重点研究宽带低通、带通同轴及窄带可调谐滤波器。
映像参数方式的工作大多在MIT实验室由Fano 和Lawson完成，他们的高作关于微波滤波器有比较清楚的介绍，乃至在40年后还有应用价值。
在随后的微波滤波器理论的研究和进展进程中，许多专家和学者做出了重大的奉献。
Cohn在集总元件低通滤波器原型机的基础上第一个提出了方便有效的直接耦合空腔滤波器理论。
上世纪60年代，G．L．Matthaei在其专著中对微波滤波器的经典设计方式做出了较全面、系统的介绍，但要紧针对最平坦型和契比雪夫型，未涉及椭圆函数型和广义契比雪夫型。
70年代初，A．E．Williams 和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低阶滤波器。
A．E．Atia,A．E．Williams和R．W．Newcomb 对交叉耦合合展开研究，总结出传输零点对称散布时的偶模网络和相应的偶模矩阵的综合方式。
Levy成立了集总和散布原型的元件公式间的联系，给出了推导原型元件的简单而准确的公式；Rhode成立起了线性相位滤波器理论。
ads滤波器仿真实验报告
一．滤波器的基本原理滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。
典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。
镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。
对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。
Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即L A=10lg P inP LdB；在该式中，Pin 和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。
为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。
滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。
滤波器低通原型为电感电容网络。
其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。
设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。
表1-1列出了巴特沃兹滤实际设计中，首先需要确定滤波器的阶数，这通常由滤波器阻带某一频率处给定的插入损耗制约。
图1-1所示为最平坦滤波器原型衰减与归一化频率的关系曲线。
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二、S参量的描述高频S参量和T参量用于表征射频/微波频段二端口网络(或N端口网络)的特性。
基于波的概念，它们为在射频/微波频段分析、测试二端口网络，提供了完整的描述。
由于电磁场方程和大多数微波网络和微波元件的线性，散射波的幅值(即反射波和透射波的幅值)是与入射波的幅值呈线性关系的。
描述该线性关系的矩阵称为“散射矩阵”或S矩阵。
低频网络参量(如Z、Y矩阵等)是以各端口上的净(或总)电压和电流来定义的，而这些概念在射频/微波频段已不切实际，需重新寻找能描述波的叠加的参量来定义网络参量。
一种基于ADS的微带低通滤波器优化设计的开题报告
一种基于ADS的微带低通滤波器优化设计的开题报告此次开题报告将针对一种基于ADS的微带低通滤波器优化设计进行研究。
滤波器是电子电路设计中常见的模块，其主要作用是把不需要的频率成分从输入信号中滤除，保留所需的信号。
而微带低通滤波器则是一种常见的微波电路设计模块，常用于通信、雷达、导航等领域中。
本次研究将借助ADS软件，对微带低通滤波器进行优化设计。
ADS （Advanced Design System）是美国Keysight Technologies公司开发的一款基于EDA技术的高端仿真软件，主要应用于射频和微波电路的设计与仿真。
通过利用ADS的仿真功能，可以较为准确地模拟出滤波器的性能参数，并利用优化算法寻求最优化设计方案，从而实现滤波器的优化。
本次研究的具体内容包括以下几个方面：1. 文献综述：针对微带低通滤波器的基本原理、设计方法和优化算法等方面进行全面综述，为后续研究提供理论基础和参考资料；2. 滤波器建模：基于ADS软件，通过建立滤波器电路模型，对滤波器的性能参数进行仿真分析，包括通带范围、插入损耗、阻带衰减等；3. 优化算法选择：针对滤波器的设计要求和设计参数，选择合适的优化算法，并建立相应的优化模型，自动寻求最优化设计方案；4. 优化设计实现：通过不断优化设计参数，直到滤波器的设计满足了预设的性能要求，完成滤波器优化设计；5. 仿真验证：对优化设计后的微带低通滤波器进行ADS仿真验证，评估滤波器的性能是否满足要求。
本次研究的意义在于探索一种新的、高效的微波电路滤波器的设计方法，并为通信、雷达、导航等微波电路应用领域提供一种优化设计的技术支持。
ADS和HFSS、CST联合仿真
ADS和HFSS/CST联合仿真ADS软件具有强大的电路系统级仿真功能，而HFSS、CST能够进行精确的3D电磁仿真计算，对无源器件的仿真优化具有较高的精度。
因此结合二者的优势，我们可以实现：一、在ADS中构建无源电路模型，进行初步的优化仿真；并最终导入HFSS或CST中进行精确仿真优化验证。
1.在ADS中构建平面结构的无源电路拓扑，并layout至momentun（ADS中的2.5维仿真模块）中，此时schematic中的电路拓扑已经转化为实际的电路版图，最后将momentun的版图以DFX(flattened)形式export出来。
此时的DFX格式的版图已经可以使用AutoCAD打开。
现以一个低通扇形偏置电路说明。
图1. ADS中拓扑图图2. layout至momentum版图仿真结果：图3. 仿真结果导出时需要注意的是将momentun中版图的端口和网格取消！图4. 导出操作选择DFX(flattened)格式，并选择路径保存文件，我们可以将其专门保存至一文件夹，以便于CAD导入该文件。
导出后用CAD打开如下图：图5.导出导CAD中的图2.利用HFSS或CST将DFX形式的版图打开，此时版图中的电路结构已经导入到HFSS或CST模型中，只需再建立电路基片的厚度和其他一些端口设置，就可以进行仿真。
图6. 导出至HFSS中二、在HFSS或CST中仿真优化好的数据导出至ADS中，利用这些优化数据，进行系统电路级的仿真。
下面以具体实例说明：（一）HFSS将仿真结果导出至ADS进行电路级仿真在HFSS中，这是一个波导结构的功分器，建立的模型如图7：图7：HFSS中的模型其仿真结果为：图8：S11和S21曲线现在我们需要将仿真的S参数数据导出至ADS中，首先如图9这样选择：图9.导出操作出现对话框后，则这样如图10设置：图10：S参数导出窗口设置需要注意的是S Matrix数据的单位选择是dB/Phase（deg），然后选上All Freqs选项，最后点击Export按钮以.sNp格式将S Matrix数据导出。
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低通滤波器设计指标：
具有最平坦响应 截止频率fc=3.0GHz 在f=4GHz处，插入损耗IL(S21)<-15dB 在通带内（0-3GHz），回波损耗S11≤-15dB 输入输出阻抗为50Ω，采用6阶巴特沃斯低通原型 采用FR4板材，板厚1.58mm，介电常数εr=4.4，损耗角
XY Plot 2
LPF-Original
0.00
m1 Curve Info
m2
dB(S(2,1))
Setup1 : Sw eep -5.00
Name X Y
从图中可以得到，滤波器
-10.00
m1 2.7400 -1.5064
m2 3.0000 -4.0389
-15.00
m3 4.0000 -20.0776
从图中可以得到，滤波器在
3.0GHz就开始截止了，达到设计指 标 ， 在 4GHz 处 ， S21=-12.139dB 符 合设计要求。
综上所述，该滤波器已经完全达到设计指标，此时各节微带线 长度与宽度如下表所示：
节数 1 2 3 4 5 6 7 8
W(mm) 3.41 12.74 0.34 10.60 0.50 9.84 0.30 3.41
θ(°) 90 11.8 33.8 44.3 46.1 32.4 12.3 90
W(mm) 3.01 11.05 0.36 11.05 0.36 11.05 0.36 3.01
L(mm) 16.45 2.02 6.64 7.58 9.05 5.54 2.42 16.45
ADS仿真：
根据设计计算得到的微带线尺寸在ADS构建低通滤波器电路如下：
将搭建好的低通滤波器电路运行仿真得到数据： 从图中可以看到，S11和S22小于-15dB带宽范围为0-1.8GHz，远没有 达到设计指标。
从图中可以得到，滤波器在 2.0GHz 就 开 始 截 止 了 ， 在 4GHz 处 ， S21=-1.215dB ， 没 有 达 到 设 计 指 标 。
综上所述，初始设计的微带线长度与宽度并没有达到设计指标， 需要整个电路进行仿真优化，调节微带线的长度与宽度。
m3
在3.0GHz就开始截止了， 达 到 设 计 指 标 ， 在 4GHz
-20.00
处 ， S21=-20.0776dB 符 合
-25.00
设计要求。
-30.00
dB(S(2,1))
-35.00
-40.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Freq [GHz]
由于ADS为电路层次仿真，而HFSS为实际物理尺寸仿真，故
正切为tanδ=0.02
计算参数：
根据设计指标以及低通滤波器设计原型，利用ADS软件中的LineCalc工 具计算得到各节微带线长度为：
节数 1 2 3 4 5 6 7 8
归一化参数gi 1
0.517 1.414 1.932 1.932 1.414 0.517
1
Z0(Ω) 50 20 120 20 120 20 120 50
ADS仿真优化：
根据设计指标，在LPF通带范围内0-3.0GHz，S11和S22应该满足：S11<15dB以及S22<-15dB；并且在3.0GHz截止，且在4GHz处，S21<-15dB。在 LPF阻带范围内4-6GHz，S21应该满足，S21<-15dB。此时设定优化后电路 图为：
将设定优化目标的低通滤波器电路运行仿真得到数据： 从图中可以看到，S11和S22小于-15dB带宽为0-3.0GHz，已经达到 设计指标。
HFSS仿真所得数据与ADS有些许差距，但在整个LPF仿真数值与
设计指标是符合的。
L(mm) 14.01 1.36 4.73 5.26 7.02 5.38 3.64 14.01
HFSS仿真：
利用ADS仿真优化的各节微带线数据，在HFSS里面构建LPF模 型如下所示：
低通滤频率和端口激励，运行仿真得到的数据如下： 从图中可以看到，S11和S22小于-15dB带宽为0-2.7GHz，在3GHz处， S11=-4.2184dB，S22=-4.0729dB，回波损耗增大，说明在3GHz处信号 基本截止了。