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f < 800MHz ；通带插入损耗 ；带外 100MHz 损耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm 。

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 £r = 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 X /8(入为带内波长)。

3、设计过程：(1)确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器， ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -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：O H技术参数：仿真软件： HFSS 、 ADS 或 IE3D介质材料： 介电常数 £ r = 2.65板厚1mm(2)计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，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Z0I = 15?。

经过计算可得W/d = 12.3656, £ e = 2.443,贝U微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm ,各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12=15.3412mm，I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12=24.8088mm，可知各段均小于入/8符合要求。

设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。

经过计算可得W/d =0.85，£ e = 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 ，带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。

带内波长入=Vpl/f =3*10A11/(sqrt(2.4437)8*10A8) = 239.8873mm ,入/8 = 29.9859mm4)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 = 14.30mml1 = l5 = 18.50mml3 =26.97mm高阻抗线W2 = W4 =1.05mml2 = 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:Il/「「i .■feml■I =Ninn^lZ=60 Ohm-q - ---------........ 川\|-'亠'■ 'Lt ...Subsr=WSLJbl：呻 1 05 mrnI “ 忙十：L=X 77 mmFnSubsl=™MSub1"4.310 mmL=13S0mmU 3ubst=-M3ubrVV=1 05 mm .L=30 77 mm占h二匸r ...「口Sub st="M SuhrW=14 3J m-dfi '■L-2b.97 mrnM _L 'J .,=TL3Sbbitt="M&ubTV^14.30 mm '-L= 16.50 rniim -MSutbS4=AR AM ENTERS上；茁‘：■Num=? ”2=50 Ohtn叮匚卜门...................MS'dbl - -H=1.JO KM他... Er=?eS , , _Corid=LQE*1O Cte+Wmm r=0'03 mm ■■rafiO=O .. Rough=Omm■ St3rt=0■-Sto p盂□ 6GMz -.Step=1(].MHi .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。

plO't_vs(d B{S{2,1)).freq)-500 0 0.2 04 0 6 0 3 1.0 1 3 1 4 1 6freq* GHz图3plot^V5CdB(S(2J)K freq)freq. MHz 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5Opt in - ■ ■- Optinil .... Op tiimTy pe=Random Ma)dtefs=20C DesiredError=：Cl 01 Siatu5Le?Gl-4 ' ■ FiralAnalyeiE^"Norie Ncrnnaliz E G □日 IsFriD SetBestValues^yes S^ed= oals=yes SaveCLjrrentEF=no S^veSolrig^yesS 哥eGo^J 沪丫西 ’ S 訓 eOptimgfs=no Up date Data se1= yes Save MotTkial=noSaveAllllerations=na lj£eA'(lOptVars=yes —— I I I I ■圍W和1 •*2-0.36 {a }. 11=15 .34 {0}■ I I r ^1 J ■□=39.40 {o} 13=54.^ { □} ■ 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。

GOAL-oal- -■ - - - - OptimGo 日 12 .E>pr=^dB(Sp,1))- SirrilnstanceName= "5P1" ■ ............................................ M )n= ....................... -Ma)f='-20 ................. .Weight^WCi ................ .RangeVar[1 ]='Trec|'^ ,. ■ RangeMin[11=900 MH H ' UseAIJG .GOAL'OptirnGoaM ' * ” ’ E?(pT=-dlBCS(：-,1 ))'■'H Siml n Stan cer4ani.e=".SP1" Mirt —2 ................. Map• Waightldo ' 'RarigeVar|1!= Treq'-RsngeMin[1]=!0 fVlH? ■RangeMax[1 f^SOO MHz.图6plot_vs(d'B(S 21 )X freq) freq. GHz 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。

-10H-6004 06 0.8 10 16 c\ -20心0plot_vs{dB(S(2J)),freq)---6—1 I―I I 1—I―f f—I—I I r1—j I—I—I I j―n I—i―I—I―I—I—r|―i i―T—r|i―i—i i—100 200 300 400 500 600 700 300freq. MHz图7参数调整好后，导出微带线的版图，如图8所示:,SI■Il B*k 「iJWiAMWJLU VJUUJJUVJA JLVAUJUUlJiM,b™..・冲. ■-..Lilia . :芟:mnwM H nftainpft in 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: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freq.OOOOHz tc 3.000GHz)图10---------- O O O O O O TJ 笛 -eo- 0.0 10 15 3.0Frequency附2 :寄生通带plot_vs(dB(S(2⑴),freq)freq, GHz 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34 BIT, TO 643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。