ADS平行耦合微带线带通滤波器仿真REV1.0
基于ADS的微带线带通滤波器设计
基于ADS的微带线带通滤波器设计摘要：该文章讨论的是基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计过程。
利用集总参数低通原型滤波器经过一系列转化可以得到微带线带通滤波器的特性，运用传输线原理和导纳变换公式获得带通滤波器的相关参数，并借助功能强大的ADS软件对微带线带通滤波器的原理图和版图进行设计制作。
该软件只需要输入相应的原始数据，便可方便得到频率响应等相关特性。
我们也可以借助ADS软件对其进行优化仿真，以得到更加优质的带通滤波器。
关键词：带通滤波器；微带线；传输线；ADS1.引言随着近年来无线通信技术的迅猛发展，微波滤波器已经成为作为辨别分离有用和无用资源的重要部件，并大量使用于通信系统领域，其性能的优越直接影响整个通信系统的质量。
现代通信对微波滤波器的整体要求越来越高，以求得到更加微小化、轻量化、集成化的高性能低成本的滤波器。
本文设计运用微带滤波器印刷电路的方法，可以满足尺寸小、成本低且性能稳定的要求，被广泛运用于无线通信系统中。
目前在无线通信系统领域中，微波滤波器的种类日益增多，性能和设计方法各有差异。
但总体来看，微波滤波器的设计大都采用从集总参数的低通原型滤波器出发经过一系列变换得到的。
本章讨论的是平行耦合微带线带通滤波器的设计，它同样是基于集总参数低通原型滤波器出发，经过等效变换可以得到与带通滤波器相应的低通原型模型，再经过阻抗倒置变换或导纳变换便可以得到相应的带通滤波器的设计模型及相关参数。
本文首先介绍微带线带通滤波器的设计原理，然后根据基本原理推导出滤波器的相关参数，再运用ADS软件进行制作、优化和仿真，最后将完整的设计图纸和相关参数拿到工厂加工制成成品。
为了验证该微带线带通滤波器的设计和仿真的正确性，本文采用网络分析仪对该滤波器进行了相关测试，测试结果和仿真效果相吻合。
2.微带线带通滤波器的设计原理及设计过程根据滤波器综合理论，低通原型滤波器是设计其他滤波器的基础。
本文设计的带通滤波器同样是在低通原型滤波器的基础上经过变换得到的。
基于ADS的平行耦合微带带通滤波器的优化设计
ｈｏｗ ｏ ｕｓ Ｄ Ｓ ｏ ｔ ａｒ ｔ ｅＡ ｓ ｆ ｗ ｅ ｑｕｉ ｋｌ ａ ｃ ｙ ｎｄ ｆ ｅ ｉ ｌ ｍ ｉ ｒ ｔ ｉ ｆｌｅｒｄｅ ｉ ｏｃ ｓ ｅ ｆ ｃｔｖｅｙ ｃ ｏｓ ｒｐ ｉｔ ｓ ｇｎ ｐｒ ｅｓ ；Ｄ ｅｓｇｎ ｐｔｍ ｉ ａｔｏｎ ｉ ｏ ｉ ｚ ｉ ｏｆｐａｒ ａｍ ｅ ｅｒ ｔ ｓ
ｉ ｐｒ ｖｅ ｔ ｃ ａ ｙ ｄ ｔ ｂｉ ｉｙ ｈｅ ｄｅ ｃ ｍ ｏ ｈｅ ａｃ ｕｒ ｃ ａｎ ｓ ａ ｌｔ ｏｆ ｔ ｖｉ ｅ．Ｔｈｅ ｍ ｅ ｈｏｄ ｏｆ ｔ ａ ｔ ｃ ｎｇｉ ｔ ｈｅ ｐｒ ｃ ｉ ａｌｅ ｎｅｅ ｉ ｒ ｎｇ ｓ ｇｎ ｏ ｉ ｒ ｔ ｉ ｆ ｌｅ ｓ ｈａ ｄｅ ｉ ｆ ｍ ｃ ｏｓ ｒ ｐ ｔ ｒ ｖｅ ｉ
ｍ ｅ ｈ ｉｈ ｈｅ ｔａｄｉｉ ｎａｌｄｅ ｉ ｅｈｏ ｎｏｔｏｎｌ ｃ ｉ ｔ ｏｄｗ ｔ ｔ ｒ ｔｏ ｓ ｇｎ ｍ ｔ ｄ， ｙ ａｎ ｓｇｎｉ ｃ ｎｔｙ ｅｄ ｉ ｆ ａ ｌ ｒ ｕｃｅｔ ｏ ｋｌ ｈｅ ｗ ｒ ｏａｄ，ｓ ｈｏｒ ｅ ｈｅ ｄｅ ｉ ｔ ｎ ｔ ｓｇｎ ｙｃｅ，ａ ａｎ ｃ ｌ ｎｄ ｃ
的设计 流程 。
微 波 滤 波 器 是 微 波 系 统 中用 于 控 制 频 率 响 应 特 性 的 二
端 口 网 络 ， 其 通 带 内 对 信 号 表 现 为 传 输 特 性 ，而 在 其 阻 带 在
内 表 现 为衰 减 特 性 。在 微 波 电路 系 统 中．滤 波 器 的 性 能 对 电
Ａ Ｄ Ｓ－ ｓ ｄ Ｏ ｐｔｍ ｉ ｅ ｅ ｉ ｂａ ｅ ｉ ｚ ｄ Ｄ ｓ ｇｎ ｒ ｌｅ ｕｐｌ ｄ ｉ ｒ ｔ ｉ ｏｆＰａ ａ ｌ ｌＣｏ ｅ Ｍ ｃ ｏｓ ｒ ｐ
Ｌｉ ａ ． ｎｅ Ｂ ｎｄ ． ｐａｓ ｌｅ ｓ Ｆｉｔ ｒ
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略实现射频带通滤波器有多种方法，如微带、腔体等。
腔体滤波器具有Q值高、低插损和高选择性等特点，但存在成本较高、不易调试的缺点，并不太适合项目要求。
而微带滤波器具有结构紧凑、易于实现、独特的选频特性等优点，因而在微波集成电路中获得广泛应用。
常用的微带带通滤波器有平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、1/4波长短路短截线滤波器、交指滤波器等形式以及微带线的EBG (电磁带隙)、DGS(缺陷地结构)等新结构形式。
而平行耦合微带带通滤波器具有体积小、重量轻、易于实现等优点。
01平行耦合带通滤波器的基本原理平行耦合带通滤波器是一种分布参数滤波器滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，其具有重量轻、结构紧凑、价格低、可靠性高、性能稳定等优点，因此在微波集成电路集成电路的供应商中，它是一种被广为应用的带通滤波器。
滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内的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。
微波带通滤波器在无线通信系统通信系统中起着至关重要的作用，尤其是在接收机前端。
滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏，它不仅起到频带和信道选择的作用，而且还能滤除谐波，抑制杂散。
02平行耦合带通滤波器结构与模型的创建平行耦合带通滤波器原理平行耦合单元由两根相互平行且有一定间距的微带线组成，其结构图包括介质层、接地层和微带线如图 3.3 所示。
图中每根微带线的宽度和厚度分别为为W 和t；两根微带线的间距为S；介质层厚度和介电常数分别为h 和Er。
两根微带线通过接底层产生了耦合效应，随之产生了奇模和偶模特征阻抗。
平行耦合带通滤波器通过级联平行耦合线元件得到。
平行耦合带通滤波器的相对带宽BW 与中心频率、上边频和下边频有关，而奇模和偶模特征阻抗由低通滤波器参数g、滤波器输入输出端口特征阻抗Zo和耦合单元组成。
可由以下公式得到：平行耦合带通滤波器参数计算与设计本节中所设计的平行耦合带通滤波器指标如下表所示：根据表中滤波器指标，选择0.1dB纹波的切比雪夫滤波器来设计，阶数为5阶。
平行耦合微带线带通滤波器的设计仿真与测试
平行耦合微带线带通滤波器的设计仿真与测试作者：徐聪唐兴来源：《现代电子技术》2013年第23期摘要：在ADS软件的辅助下，设计出了一种应用于11 GHz频段数字微波传输系统室外单元，中心频率为11 GHz，带宽为1.5 GHz的平行耦合微带线带通滤波器，并进行了实物测试，测试的[S]参数与仿真优化结果及指标要求吻合较好。
关键字： ADS；平行耦合微带线；带通滤波器； [S]参数中图分类号： TN713⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）23⁃0078⁃03 Design simulation and measurement of the parallel coupled microstrip bandpass filterXU Cong， TANG Xing（Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications， Wuhan 430070， China）Abstract： With the aid of ADS （Advanced Design System）， a parallel coupled microstrip bandpass filter is designed， which can be applied in ODU of digital microwave transmission system with 11 GHz frequency band. The centre frequency of the filter is 11 GHz， the bandwidth is 1.5 GHz. The object was tested and the performance of [S] parameter agree well with the results of the simulation optimization and the design indexes.Keywords： ADS； parallel coupled microstrip； bandpass filter； [S] parameter0 引言近年来，随着无线通信技术的高速发展，微波射频器件得到了越来越多的应用。
ADS报告
1.集总参数低通滤波器仿真设计要求：1通带频率范围为0GHz-0.1GHz2通带内衰减小于0.6dB3在0.2GHz时的衰减大于40dB4用制作在介电常数4.4；厚底0.5mm板材上的微带线将集总参数元件;并优化集总参数元件值..集总参数低通滤波器微带线总电路图微带线参数和优化后元件参数优化目标设置频谱仿真图2. 集总参数带通滤波器仿真设计要求：1带通滤波器的中心频率为150MHz2通带频率范围为140MHz-160MHz3滤波器响应为最大平滑4通带内最大衰减为3dB5在100MHz和200MHz时衰减大于30dB6用制作在介电常数4.4；厚底0.5mm板材上的微带线将集总参数元件;并优化集总参数元件值..集总参数带通滤波器微带线总电路图微带线参数和优化后各元件参数优化设置目标频谱仿真图3.微带支节线低通滤波器仿真设计要求：1通带频率范围为0GHz-4GHz2通带内衰减小于3dB3在6GHz时的衰减大于25dB4系统特性阻抗为50Ω5微带线基板的厚度为0.5mm;基板的相对介电常数选为4.4 生成版图后;用momentum对版图进行仿真支节线低通滤波器微带线总电路图支节线低通滤波器微带线电路局部图1 支节线低通滤波器微带线电路局部图2 微带线参数设置支节线低通滤波器频谱图支节线低通滤波器版图支节线低通滤波器版图仿真图4. 微带平行耦合线带通滤波器仿真设计要求：1带通滤波器的中心频率为2GHz2通带频率范围为1.9GHz-2.1GHz3通带内衰减小于1.5dB4在1.7GHz和2.3GHz时衰减大于20dB5系统特性阻抗为50Ω6微带线基板的厚度为0.5mm;基板的相对介电常数选为4.4 生成版图后;用momentum对版图进行仿真微带平行耦合线带通滤波器总电路图微带线参数和优化后各元件参数优化目标参数设置微带平行耦合线带通滤波器版图微带平行耦合线带通滤波器频谱仿真图微带平行耦合线带通滤波器版图仿真图5. 3dB单节功率分配器的仿真设计3dB单节功率分配器中心频率为1.8GHz带宽为0.4GHz微带线基板的厚度为0.5mm微带线基板的相对介电常数为4.4各个端口传输线的特性阻抗采用50Ω生成版图后;用momentum对版图进行仿真3dB单节功率分配器总电路图3dB单节功率分配器频谱仿真图3dB单节功率分配器版图3dB单节功率分配器版图仿真图。
微波仿真论坛_ADS应用详解—微波滤波器的设计制作与调试—实验1
（四）ADS软件的使用
本节内容是介绍使用ADS软件设计微带 带通滤波器的方法：包括原理图绘制， 电路参数的优化、仿真，版图的仿真 等。 下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
ADS软件的启动
启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名 称（本例中为Filter）及存储路径 点击Length Unit设置长度单位为毫米
版图的仿真
首先要由原理图生成版图，生成版图前先要把原理图 中用于S参数仿真的两个Term以及接地去掉，不让他 们出现在生成的原理图中。去掉的方法与前面关掉优 化控件的相同，都是使用 按钮，把这些元件打上 红叉(见下页图)。 然后点击菜单中的Layout -> Generate/Update Layout，弹出一个设置窗口，直接点OK，又出现一个 窗口，再点OK，完成版图的生成，这时会打开一个显 示版图的窗口，里面有刚生成的版图(见后面几页的 图) 。
实验一 微波滤波器的设计 制作与调试
（一）实验目的
了解微波滤波电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设 计，优化，仿真。 掌握微带滤波器的制作及调试方法。
（二）实验内容
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。 根据软件设计的结果绘制电路版图，并 加工成电路板。 对加工好的电路进行调试，使其满足设 计要求。
上页图中五个Mcfil表示滤波器的五个耦合线节，两 个MLIN表示滤波器两端的引出线 双击图上的控件MSUB设置微带线参数
H:基板厚度(0.8 mm) Er:基板相对介电常数(4.3) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.03 mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm)
基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计
基于ADS的平⾏耦合微带线带通滤波器的设计基于ADS的平⾏耦合微带线带通滤波器的设计摘要：本⽂介绍了平⾏耦合微带线带通滤波器的电路结构，阐述了设计带通滤波器的⽅法，最后给出了相对带宽为10%的滤波器设计的实例及仿真分析结果，证明了该⽅法的可⾏性和便捷性。
关键词: ADS; 微带线；带通滤波器；优化0 引⾔微带滤波器具有⼩型化、⾼性能、低成本等优点，在射频电路系统设计中得到⼴泛的应⽤。
其主要技术指标包括传输特性的插⼊损耗及回波损耗，通带内的相移与群时延，寄⽣通带等参数。
传统的设计⽅法是通过经验公式和查表来求得相关参数，⽅法繁琐且精度不⾼。
近年来，随着射频CAD软件的不断发展，微带滤波器的设计也进⼊了⼀个全新的阶段。
借助CAD软件可以避开复杂的理论计算，进⼀步精确和调整设计参数，确保设计出的滤波器特性符合技术要求。
本⽂通过ADS软件对平⾏耦合微带线带通滤波器进⾏优化仿真设计，证明了该⽅法的可⾏性和便捷性。
1微带带通滤波器的理论设计⽅法1.1 微带带通滤波器主要指标和基本设计思想微带滤波器的主要技术指标包括以下⼏个:(1) 通带边界频率与通带内衰减、起伏, 以及阻带边界频率与阻带衰减;(2) 通带的输⼊电压驻波⽐;(3) 通带内的相移与群时延;(4) 寄⽣通带, 它是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的, 即离设计通带⼀定处⼜产⽣了通带。
微波带通滤波器应⽤⼴泛, 结构多样, 但以微带线实现带通滤波器的结构种类有限, 为此,本⽂以平⾏耦合微带线为例来设计微带带通滤波器。
由于单个带通滤波器单元不能提供良好的滤波响应及陡峭的通带- 阻带过渡, ⽽通过级连基本的带通滤波器单元则可以得到⾼性能的滤波效果。
图1所⽰是⼀种多节耦合微带线带通滤波器的结构⽰意图, 这种结构不要求对地连接, 因⽽结构简单, 易于实现, 这是⼀种应⽤⼴泛的滤波器。
整个电路可以印制在很薄(⼩于1mm) 的介质基⽚上;其纵向尺⼨虽和⼯作波长可以⽐拟, 但采⽤⾼介电常数的介质基⽚则可使线上的波长⽐⾃由空间缩⼩⼏倍; 此外, 整个微带电路元件共⽤⼀个接地板, 且只需由导体带条构成电路图形, 因⽽结构⼤为紧凑, ⼤⼤减⼩了其体积和重量。
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器
梁荣江;曹栋
【期刊名称】《河海大学常州分校学报》
【年(卷),期】2007(21)4
【摘要】探讨频率对微带线带通滤波器的影响.通过分析平行耦合微带线带通滤波器的电路结构.提出了一种消除滤波器带宽偏离指定设计带宽和在截止频率附近缓和通带内电压驻波比波动过大的方法.在此基础上阐述了设计平行耦合微带线带通滤波器的流程以及相关参数的计算方法,最后基于ADS给出一个中心频率为10 CHz的滤波器的设计实例及其仿真分析结果,验证了此方法的正确性和可行性.【总页数】4页(P79-82)
【作者】梁荣江;曹栋
【作者单位】桂林电子科技大学,通信与信息工程系,广西,桂林,541004;河海大学,计算机及信息工程学院,江苏,常州,213022
【正文语种】中文
【中图分类】TN713.5
【相关文献】
1.平行耦合微带线超宽带带通滤波器设计 [J], 杜海明;乔幸帅;赵红梅
2.平行耦合式微带线带通滤波器的ADS辅助设计研究 [J], 邓建平;胡泽宾;赵惠昌
3.基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化 [J], 张福洪;张振强;马佳佳
4.基于ADS简易设计及优化的平行耦合微带线带通滤波器 [J], 尹彩霞;刘小亚
5.平行耦合微带线带通滤波器分析与设计 [J], 刘新红
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ADS平行耦合微带线带通滤波器的设计
1.设计指标
通带3.0~3.1GHz
带内衰减小于2dB，起伏小于1dB
截止频率2.8GHz和3.3GHz，衰减大于40dB
端口反射系数小于-20dB
2.设计原理图
新建工程couplefilter_weidai，菜单File->New Project(命名Project)->New Schematic window新建一个名为“couplefilter_weidai”原理图并保存，如下图所示。
（注意：工程保存的目录不能含有中文）
在“Tline-Microstrip”元器件面板列表中，选择控件并编辑其属性
选择微带传输线控件选择耦合线控件
路图。
这样完成了滤波器原理图基本结构，为了达到设计性能，还必须对滤波器中微带电路的电气参数和尺寸进行设置。
3.电路参数设置
3.1 设置微带线参数MSUB
3.2 滤波器两边的引出线是特性阻抗为50Ω的微带线，其物理尺寸可由ADS自
带小软件LINECALC计算得到。
执行菜单命令【Tools】/【LineCalc】/【Start Linecalc】
Substrate Parameters按照MSUB参数设置；
中心频率Freq设置为：3.05GHz；
Electrical设置Z0=50Ohm，E_Eff=90deg；
Physical单位设置为：mm；
点击Synthesize，综合出微带线宽度W=1.52mm L=13.63mm。
3.3 为了便于修改和优化，将微带线的长度和宽度用变量代替，考虑到平行耦合线滤波器的对称性，所以5个耦合线节中，第1节与第5节、第2节与第4节
尺寸完全相同，按照下图参数进行设置（注意单位要选择mm）。
件。
把变量控件放置到原理图中。
双击变量控件，弹出变量设置对话框，
在“Name”文本框中输入变量名称，“Variable Value”文本框中输入变量的初值，单击【Add】按钮添加变量，然后单击【Tune/Opt/Sat/DOE Setup…】按钮打开参数优化对话框设置变量的取值范围，选择“Optimation”标签页。
其中，“Enabled/Disabled”表示该变量是否能被优化，“Minimum Value”表示可优化的最小值，“Maximum Value”表式可优化的最大值。
微带线的变量值及优化范围完整设置如图所示：
4.仿真参数设置和原理图仿真
在原理图设计窗口中选择S参数仿真元器件面板“Simulation-S Param”,并选择终端50Ω的负载Term放置在滤波器的两个端口上，并接好地。
在S参数仿真元器件面板“Simulation-S Param”选择放入到原理图中。
双击，参数设置如下图所示。
设置好的滤波器电路图如下图所示。
5.电路参数优化
在原理图设计窗口中选择优化面板列表“Optim/Stat/Yield/DOE”,在列表中选择优
化控件和优化目标控件添加到原理图中，设置好的电路图如下图所示。
反复优化，直到满足要求为止，优化结果如图所示：
Simulate菜单中->update optimization value，即可看到优化后的最终变量取值。
6.版图生成与仿真
6.1 版图生成
Deactivate两个终端负载及接地，
Layout”对话框，不做改动，直接单击【OK】，系统会自动生成印制电路版
图，加入输入输出两个端口后如下图所示：
在版图设计窗口中，执行菜单命令【Momentum】->【Substrate】->【Update From Schematic】,将原理图的基板和微带参数更新到版图中。
在版图设计窗口中，执行菜单命令【Momentum】->【Substrate】->
【Creat/Modify】,可以查看和修改基板和微带的基本参数，如下图所示：
可以进行S参数的仿真了。
6.2 版图仿真
执行菜单命令【Momentum】->【Simulation】->【S-parameters】，打开仿真控制对话框，设置的起止频率与原理图中相同，如下图所示。
仿真控制的参数设置完成后，单击【Update】按钮。
单击【Simulate】按钮进行仿真，仿真结果如下图所示。
版图仿真和原理图仿真结果基本一致，指标不一致可能由与相邻耦合线节间的线宽相差过大或其它参数取值不合适，可返回原理图窗口再次进行优化仿真，过程不再赘述。