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1、摘 要近几年随着商用无线通信的迅猛发展，射频/微波电路越来越得到重视和发展。而微波带通滤波器作为微波器件的一种也得到了大力的发展，尤其是在接收机前端，带通滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏。因此，发展高性能，研究小型化的微波滤波器是当前非常受关注的课题。本文首先介绍了微波滤波器的发展历史、在微波通信中的作用、当前的研究情况以及微波仿真软件ADS。然后分析了微带滤波器的二端口网络理论。最后该论文基于仿真软件ADS和推导公式的基础上，介绍了微带线带通滤波器的设计方法，同时借助ADS软件对所设计的微带线滤波器进行了仿真和优化，最终得到比较理想的微带线滤波器，通带3.03.1GHz，带内衰
2、减小于2dB，起伏小于1dB，2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。关键词 微带线 微带线耦合滤波器 ADSAbstractIn recent years，along with the high development of wireless communication in business，Microwave RF circuit has been attracted more and more attention and also got many achievements. At the same time，as one of the impo
3、rtant microwave components，the microwave filters also developed rapidly in recent years. Especially，the microwave BPF directly influences the Performances of the receivers. So，develop high Performance，study miniaturized microwave filter is a hot topic in nowadays.At first，this paper introduces the d
4、evelopment history of microwave filters，the function in the microwave communication，the current state of studying the filters and the advanced microwave circuit simulation software ADS. Then analyzed the two-Port network of filters, With the software ADS and the formula which had been Proved in this
5、 paper，this paper also well design an end-couple BPF，a half-wavelength resonator BPF,an interdigital BPF. Pass band 3.0-3.1GHz, in the belt weakens is smaller than 2dB, the fluctuation is smaller than below above 1dB, 2.8GHz and 3.3GHz weakens is bigger than 40dB, the port reflection factor is small
6、er than - 20dB.Keywords microstrip microstrip coupled BPF ADS目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1通信领域滤波器的发展历史11.2微波滤波器在微波通信的作用21.3当前研究情况31.3.1高温超导滤波器31.3.2 LC滤波器41.3.3声表面波(SAW)滤波器41.4 ADS软件介绍41.5 本文的目的和意义51.6 本章小结5第2章 滤波器是最基本的信号处理器件62.1滤波器的分类62.2滤波器的主要参数62.3滤波器设计理论72.3.1低通滤波器的设计是基础72.3.2 原型滤波器的元件值的归一化及其计算92
7、.4本章小结11第3章 微带线理论123.1 微带线123.2 微带线和带状线的区别143.3 本章小结14第4章 微带线带通滤波器的设计154.1微带线尺寸选择164.2软件仿真174.2.1原理图仿真174.2.2版图仿真214.3.3 实物制作234.4 本章小结24结论25致谢26参考文献27附 录129附 录233第1章 绪 论当前，无线通信技术高速发展，业务范围不断扩大，人们对无线产品的需求迅速增长，滤波器在这些产品电路中就扮演着重要的角色，并随着通信技术的发展而取得不断进展1。新的通信系统要求发展一种能在特定的频带内提取和检出信号的新技术，而这种新技术的发展进一步加速了滤波器技术
8、的研究和发展。由于在通迅，雷达，微波等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应地提高，所以需用大量的滤波器。同时，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用。象参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等类器件都是多频率工作的，都需要用相应的滤波器2。1.1通信领域滤波器的发展历史1915年，德国科学家 K.w.wagner开创了一种现已闻名于世的瓦格纳滤波器设计方法。与此同时，在美国GA.CanbeU发明了另一种影像参数的设计方法。随着这些技术的突破，许多科技人员开始积极地和系统地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论进行研究。随后，1940年出现了包括两个特定设计步骤的精确的
9、滤波器设计方法.第一步是确定符合特性要求的传递函数，第二步是由先前的传递函数所估计的频率响应来综合电路。现在所采用的很多滤波器设计技术就是基于这一早期的设计方法。不久随着通信频带的加宽，进入到微波领域，滤波器设计从而由原先的集总元件LC谐振器扩展到一个新的领域，即分布元件同轴谐振器和波导谐振器。同时，滤波器材料领域也取得了很大的发展，极大地推动了滤波器的发展。1939年，P.D.Richtmeyer报道了介质谐振器。他利用了介质块的电磁谐振，有小尺寸和高Q值两个显著的特点，然而由于当时的材料温度稳定性不高使该种滤波器不能在实际中得到广泛的应用。70年代，各种具有优异的温度稳定性和高Q值的陶瓷材
10、料的发展增加了介质滤波器的实际应用的可行性。随着陶瓷材料的发展，该滤波器的应用得到了迅速的发展。在现有的射频和微波通信器材中介质滤波器己成为最重要、最常见的元件之一。此外，80年代出现的高温超导材料，被认为很有可能被用于设计极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器，许多研发人员己致力于它们的研究和实际应用3。1.2微波滤波器在微波通信的作用微波滤波器作为滤波器的一种，在移动通信中有着广泛的应用4。在射频端有源电路中输入输出各级之间普遍存在，各滤波器都有不同的功能和特性要求。如(图1-1)所示，为典型的发射机接受机原理框图模型，滤波器在该系统中各位置起着举足轻重的作用5。接受端带通滤波器的必要功能是避
11、免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和;除去如镜频一类的干扰信号;减少来自天线端的本机振荡器的功率泄漏。所以接收端带通滤波器的最佳性能包括衰减以除去干扰，同时减少将直接影响接收端灵敏度的通带插损。发射端带通滤波器的基本功能是从发射端减少杂散辐射功率以避免对其他无线通信系统的干扰，这些无用的信号的主要成分是发射信号频率的二、三次谐波和本级振荡。另一个重要的功能是衰减掉发射信号中接受频段内的噪声，抑制它到接收机的灵敏度之下。因此，发射端带通滤波器必须保持一个宽的阻带以抑制杂散信号，同时能维持低的通带插损和在输出端处理大电平信号。图1-1 典型接受发射机原理模型1.3当前研究情况随着现代材料科学
12、与电子信息科学技术的交叉渗透和全面发展，全固态化的各类片式高频、微波滤波器和中频滤波器，向着高性能、低成本、小型化、高频化等各方面飞速发展6。1.3.1高温超导滤波器高温超导体的发现，是20世纪基础研究的一个极为重要的成果，近10年来，人们对高温超导体电性能的研究取得了长足的进步。与此同时，一批性能卓越的高温超导微波无源器件也相继诞生了7。高温超导(HTS)材料具有接近于无耗的特性，利用它可以构成高质量的微波谐振器、滤波器、多工器和天线等。利用高温超导(HTS)薄膜可构成微带、带状线、波导滤波器等。这些滤波器具有极高的无载Q值、理想的微波特性、很低的插入损耗和带内衰减，并且有非常陡的平移特性，
13、而且滤波器的尺寸可以做得很小，易于与其它微波集成电路元件集成。这样可以充分利用信号频带，增加互不干扰的信道数量，并能避免信号传输失真，超导滤波器不仅带内衰减低，而且相位延时和色散特性也大为改善，具有诱人的发展前景。1.3.2 LC滤波器利用单片微波集成电路(MMIC)技术和微电子机械系统(MEMS)制作电容和电感，可在高频段获得高Q值和高稳定的低电感与低电容值，小型紧凑的多层结构可减少寄生参数，同时通过调制层微调电容量和改进线圈设计等方法克服L、C离散，获得稳定的谐振频率。新技术的使用使得微波滤波器向小型化、低功耗方向发展。1.3.3声表面波(SAW)滤波器射频SAW滤波器以其小型轻量及优良的
14、性能价格比，广泛用于各类移动电话的级间带通滤波。新一代移动通信进一步促进SAW滤波器继续向小型化、高频化、复合化发展8。早期的SAW普遍采用3.0x3.0(mm)的尺寸规格，现在随着微电子技术进入亚微米时代，0.4-0.5mm加工技术已趋成熟，可满足1.8-2.4GHz频段SAW器件IDT的设计制造要求。1.4 ADS软件介绍先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技有限公司(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。ADS电子设计自动化功能十分强大，包含时域电路仿真 (SPICE-like Simula
15、tion)、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)、数字信号处理仿真设计（DSP）；ADS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。1.5 本文的目的和意义目的：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。
16、意义：带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带，同时限制限制所有通带外频率的波通过。但是实际上，没有真正意义的理想带通滤波器。真实的滤波器无法完全过滤掉所设计的通带之外的频率的波。事实上，在理想通带边界有一部分频率衰减的区域，不能完全过滤，这一曲线被称做滚降斜率。滚降斜率通常用dB度量来表示频率的衰减程度。一般情况下，滤波器的设计就是把这一衰减区域做的尽可能的窄，以便该滤波器能最大限度接近完美通带的设计。1.6 本章小结本章主要对滤波器的发展历史，在通信领域的作用，研究情况，以及制作滤波器所要用的
17、元件ADS进行了介绍。其中对滤波器的当前研究情况进行了详细的介绍，滤波器向三个方面发展高温超导滤波器，LC滤波器，以及声表面滤波器。总之滤波器向着低成本、小型化、高频化等各方面飞速发展。第2章 滤波器是最基本的信号处理器件2.1滤波器的分类最普通的滤波器有低通、高通、带通、带阻衰减特性（如图2-1所示）。图2-1 四个普通滤波器的特性曲线可以从不同角度对滤波器进行分类：(a)按功能分，有低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器，可调滤波器。(b)按用的元件分，有集总参数滤波器，分布参数滤波器，无源滤波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面波滤波器，等等9。2.2滤波器的主要参数(1)绝对衰减
18、（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）(2)带宽（Bandwidth）：通带的3dB带宽（flowfhigh）(3)中心频率：或(4)截止频率：下降沿3dB点频率(5)每倍频程衰减(dB/Octave)：离开截止频率一个倍频程衰减(dB)(6)微分时延(differential delay)：两特定频率点群时延之差以ns计(7)群时延(Group delay)：任何离散信号经过滤波器的时延(ns)(8)插入损耗(insertion loss)：当滤波器与设计要求的负载连接，通带中心衰减，dB(9)带内波纹(passband ripple)：在通带内幅度波动，以dB
19、计(10)相移(phase shift)：当信号经过滤波器引起的相移(11)品质因数Q(quality factor)：中心频率与3dB带宽之比(12)反射损耗(Return loss)(13)形状系数(shape factor)：定义为 (14)止带(stop band或reject band)：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点(如60dB点)的带宽10。2.3滤波器设计理论2.3.1低通滤波器的设计是基础（1）高通滤波器可用带通滤波器（当通带高端很高时）代替。（2）带阻滤波器可看成低通滤波器与高通滤波器的组合。（3）低通滤波器是带通滤波器的特例。（4）低通滤波器原型可作为带通滤波
20、器设计基础。两种常见的低通滤波器原型1) 最大平坦低通滤波器特性曲线(如图2-2所示)：图2-2 最大平坦低通滤波器特性曲线数学表示式如（2-1）:dB (2-1)（2-1）中e满足关系式（2-2）： (2-2)N对应于电路所需级数。特点： = 0处(2n-1)阶的导数=0定义为衰减3dB的频带边缘点(2) 切比雪夫低通滤波器特性曲线（如图2-3所示）： 图2-3 切比雪夫低通滤波器特性曲线数学表示式如（2-3）、（2-4）： (2-3) (2-4)(2-3),(2-4)中e满足关系式(2-5)： (2-5)n仍旧是电路里电抗元件的数目。特点：带内衰减呈波纹特性定义为等波纹频带的边缘频率。最大
21、平坦衰减特性曲线与切比雪夫特性曲线比较可以看出：1、若通带内允许的衰减量和电抗元件的数目n为一定，则切比雪夫滤波器的截止速率更快11。因为其截止陡削，所以常常宁可选择切比雪夫特性曲线而不取其他的特性曲线。2、假如滤波器中的电抗元件的损耗较大，那么无论那种滤波器的通带响应的形状与无耗时的比较，都将发生变化，而在切比雪夫滤波器中这种影响尤其严重。3、理论证明了最大平坦滤波器的延迟畸变要比切比雪夫滤波器小。2.3.2 原型滤波器的元件值的归一化及其计算目的：提高设计通用性归一化定义：= = 1或= = 1= 1对于两端带有电阻终端的最大平坦滤波器，给定= 3dB、= 1和= 1，则其原型元件值可以按
22、下式计算： , k=1,2,n (2-6)= 1、对于两端具有电阻终端的切比雪夫滤波器，当其通带波纹为、= 1和= 1，它的原型元件值可按以下各式计算： (2-7) (2-8) , k=1,2,n (2-9) , k=1,2,n (2-10) (2-11) , k=2,3,n (2-12)当n为奇数时， (2-13)当n为偶数时 (2-14)2.4本章小结 本章主要介绍了滤波器的分类，滤波器的主要性能参数，滤波器的设计理论，并对两种低通滤波器的原型最大平坦低通滤波器和切比雪夫低通滤波器的特性曲线以及数学表达式进行了详细的分析，并介绍了原型滤波器的元件值的归一化及其计算。第3章 微带线理论 3.
23、1 微带线微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导(信号线)12。与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的13。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关带状线是介于两个接地层之间的印制导线，它是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接层的距离有关14。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线
24、的特性阻抗也是可控的.微带线特性阻抗如式(3-1)和模型（如图3-1所示）： (3-1)图3-1 表层微带线模型其中是微带线的特性阻抗,w是微带线宽度，t是微带线厚度，h是电介质厚度，是硬质电路板的相对介电常数15。与金属波导相比，微带线体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等；但损耗稍大，功率容量小。60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。一般用薄膜工艺制造16。介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。在手机电路中，一条特殊的印刷铜线即构
25、成一个电感微带线，在一定条件下，我们又称其为微带线。一般有两个方面的作用：一是它把高频信号能进行较有效地传输；二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好地匹配。 1.PCB的特性阻抗与PCB设计中布局和走线方式密切相关。影响PCB走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。2.当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效应和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。在PCB的特性阻抗设计中，微
26、带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。最常使用的微带线结构有4种：表面微带线(surface microstrip)、嵌入式微带线(embedded microstrip)、带状线(stripline)、双带线(dual-stripline)。3.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导(信号线)与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的17。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无
27、关。3.2 微带线和带状线的区别带状线是介于两个接地层之间的印制导线，它是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接层的距离有关18。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的.单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距是无关的；仅取决于所用介质的相对介电常数。1.微带线是一根带状导线(信号线)。与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。 2.带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的
28、厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关。因为微带线一面是FR4（或者其他电介质）一面是空气（介电常数低）因此速度很快，利于传输对速度要求高的信号19。 带状两边都有电源或者底层，因此阻抗容易控制，同时屏蔽较好，但是信号速度慢些。 通常同样的介质条件微带线的损耗小（线宽），带状线的损耗大（线细，有过孔）。微带线是准TEM波，带状线是TEM波 ，相速都是光速20。3.3 本章小结 本章的主要内容是微带线的发展，最常用的4种微带线。 最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surf
29、ace microstrip）、嵌入式微带线（embedded microstrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。并且介绍了微带线和带状线的区别。第4章 微带线带通滤波器的设计微波带通滤波器是一种被广泛研究的微波滤波器类型，它的品种繁多，性能各异，是现代电子系统中的关键部件之一21。滤波器在电子电路和系统中的作用是选择某一频带内的有用信号，并把此频带之外的无用信号抑制掉，微带线带通滤波器是一种分布参数滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，具有体积小、重量轻、价格低、性能稳定可靠等优点，在微波工程中的应用相当广泛22。下面将介绍微带型带通滤波器的一些结
30、构形式及它们的设计图表、公式和设计步骤。4.1微带线尺寸选择在微带带通滤波器中，也经常用半波长平行耦合谐振电路来级联形成带通滤波器。此种滤波器的结构形式使相邻的半波长谐振单元彼此平行排列，其耦合值的大小通过相邻平行耦合线间的距离来决定。因而，这种结构形式的滤波器容易易用来制造带通滤波器23。这种类型滤波器的设计计算过程如下:因为该滤波器由平行祸合谐振器为单元而构成，首先由下列各式(4-1)、(4-2)、(4-3)计算出耦合间变换的特性导纳。 (4-1) (4-2) (4-3)上式中是低通原型滤波器的归一化值。FBW是带通滤波器的相对带宽，是J变换的特性导纳，Y是输入输出微带线端的特性导纳。再利
31、用下面的公式(4-4)、(4-5)计算出奇偶模特性阻抗。 (4-4) (4-5)再由所求得奇偶模特性阻抗来计算出实际微带尺寸24。也可利用ADS软件Linecalc来计算微带尺寸。4.2软件仿真4.2.1原理图仿真设计指标：通带3.03.1GHz，带内衰减小于2dB，起伏小于1dB，2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。基板参数：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)Rou
32、ngh:表面粗糙度(0 mm)微带带通滤波器的技术指标：1.通带边界频率与通带内衰减、起伏 2.阻带边界频率与阻带衰减3.通带的输入电压驻波比4.通带内相移与群时延5.寄生通带 前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类(高通、低通、带通、带阻等)。输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为 dU/df ，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真。寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的 ，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。图4-1是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由
33、平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路 图4-1 微带带通滤波器模型及其等效电路图在进行设计时，主要是以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。根据ADS软件设计出滤波器的原理图（如图4-2所示）：图4-2 微带带通滤波器原理图滤波器两边的引出线
34、TL1和TL2是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具Linecalc得到线宽1.52mm，线长2.5mm。耦合线节的长L约为四分之一波长(根据中心频率用微带线计算工具算出)，微带线和缝隙的宽度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。耦合线的这些参数是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。原理图生成后需要对以上微带电路进行优化，ADS提供了Tune和optim(optimization)两种优化工具。由于原理图仿真和实际情况会有一
35、定的偏差，在设定优化参数时，可以适当增加通带宽度。对于其它的参数，也可以根据优化的结果进行一定的调整。经过多次优化后得到微带线尺寸如表4-1所示(w是微带线的宽度，l是微带线的长度，s是微带耦合线间隙,单位mm)：表4-1 微带线尺寸TL1CL1CL2CL3CL4CL5TL2W1.520.221.020.931.020.221.52L2.513.6814.3812.7514.3813.682.5S0.891.652.051.650.89优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。再次对优化后的微带原理电路进行仿真就可以得到比较满意的滤波器传输和反射曲线(如图4-3所示)：图4-3 原理图仿
36、真曲线观察S11(S22)和S21 (S12)曲线是否满足指标要求(包括优化目标中未设定的带内起伏小于1dB的要求)，如果已经达到指标要求，就可以进行版图的仿真了，如果没有达到指标要求，那么就重新进行优化仿真。4.2.2版图仿真版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算，其结果比在原理图中仿真要准确，但是它的计算比较复杂，需要较长的时间，在此作为对原理图设计的验证。所以在版图仿真前要看一下相邻各耦合线节的微带线宽是否相差过大，如果相差过大就会造成原理图和版图仿真有较大的差别，这就需要改变变量初值重新进行优化。用于生成版图的原理图(如图4-4所示)：图4-4 用于生成版图的原理图版图仿真(如图4
37、-5)：图4-5 版图仿真版图生成后先要设置微带电路的基本参数，为了进行S参数仿真还要在滤波器两侧添加两个端口，做法是点击工具栏上的Port按钮，弹出port设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加端口的地方分别点击加上两个port，将版图放大后可以看到两个端口(如图4-6)：图4-6 添加端口P1和P2仿真运算要进行数分钟，仿真结束后将出现曲线显示窗口，观察S11和S21曲线，性能有不同程度的恶化，此处要求S21在通带内衰减小于2.5dB，起伏小于1dB，阻带衰减大于40 dB。S11在通带内最好小于-15dB。版图仿真曲线(如图4-7)：图4-7 版图仿真曲线如果版图仿真得到的曲线不
38、满足指标要求，那么要重新回到原理图窗口进行优化仿真，产生这种情况的原因是相邻耦合线节间的线宽相差过大或者其它的参数取值不合适，可以改变优化变量的初值，也可根据曲线与指标的差别情况适当调整优化目标的参数，重新进行优化。 4.3.3 实物制作仿真完成后要根据结果用Protel 99软件绘制电路版图，绘制版图时要注意以下几点。(1)所用电路板是普通的双层板，上层用来绘制电路，下层整个作为接地。在绘制版图时受加工工艺的限制，尺寸精度到0.01 mm即可，线宽和缝隙宽度要大于0.2mm(2)考虑到加工电路板时的侧向腐蚀问题，微带线的宽度和长度要适当增加。(3)版图的大小要符合规定尺寸，以便于安装在测试架
39、上。用Protel软件绘制电路版图(如图4-8)：图4-8 电路版图4.4 本章小结滤波器的作用就是过滤信号，在安全系统，监控系统，通信设备，雷达系统，导航系统以及在电子数据处理设备，自动控制设备等方面应用得比较广泛。微带线带通滤波器是一种分布参数滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，具有体积小、重量轻、价格低、性能稳定可靠等优点，在微波工程中的应用相当广泛。本章的详细的介绍的微带带通滤波器的设计方法,包括微带线尺寸的选择，原理图仿真，版图仿真，以及实物制作等内容。结 论随着通信领域技术的飞速发展，未来的滤波器需要从现在通信系统的工作频率向更短波长，主要是毫米波段转变，以避免在低频段的拥挤的问
40、题, 微带线滤波器因其体积小，结构简单，加工方便，成本低等优点。在微波平面电路中有较为广泛的应用。本篇论文以研究滤波器为基础，深入展开微带线带通滤波器的结构，从而较深层次地分析微带线系列滤波器的设计、软件优化等方面的内容。即先从微带线理论着手，结合经典滤波器设计原理，使归一化的低通原型滤波器，结合阻抗变化以及微带电路的特性，向微带带通滤波器转变。同时给出了设计滤波器的设计实例以及对一些公式作了推导工作。分布参数微带型滤波器，在频率很高时一根微带线能表现出电感、电容及电阻等特性方面的综合。材料特性、工艺参数、微带滤波器的封装腔体等方面的偏差，都对滤波器的参数性能有很大的影响。微带带通滤波器的基片
41、材料既是微波传输的介质，又是导体微带线附着的载体，其材料特性对微带线滤波器的性能有很大的影响。基片材料的介电常数、厚度以及介质损耗角等参数稍有变化，就会影响滤波器的整体性能指标，因此在设计时应充分地把材料的这些影响因素考虑进去，使滤波器的设计更趋合理。致 谢在这次毕业设计中，老师给了我很大的帮助。本篇论文是在边老师的悉心指导下完成的。遇上的各种问题在她的指导下都很好的解决，她以其严谨的学术态度、广博的专业知识、独到的专业见解给予我精心的指导和帮助，所以我要衷心感谢我的指导老师边莉老师，在此向老师表示深深的谢意!我还要感谢我的同学在四年的大学学习期间，不仅在学习上给予了我无私的帮助，在生活上也给
42、我留下了美好的回忆。在这次毕业设计中也给我很大的帮助。最后我特别要将诚挚的谢意献给我的家人，感谢他们多年来对我的关爱、理解和支持。正是他们自始至终的支持和鼓励，我才能够顺利完成学业。参考文献1. 甘本拔，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计.北京:科学出版社，19742. 吴万春。集成固体微波电路。北京:国防工业出版社，19813. 杨爱琴，李小平.滤波器的发展与展望.电子科技，1995，4(2):7-114. 苟永明.滤波器的发展及应用.世界电子元器件，1998，(6):50-515. 向勇，谢道.华移动通讯滤波器技术新进展.世界电子元器件，2001，(2):41-436. 赵小红，张玉田等.
43、高温超导体微波带通滤波器的研制.北京邮电大学学报，1996，19(4):48-527. 羊恺等.高温超导体小型化多曲折线滤波器研制.科学通报，2002， 47(18)8. 吴万春，梁昌洪.微波网络极其应用.北京:国防工业出版社，19809. 清华大学微带电路编写组.微带电路.北京:人民邮电出版社，197610. 陈惠开.宽带匹配网络的理论与设计.北京:人民邮电出版利，198211. 雷振亚.射频/微波电路导论.西安:西安电子科技人学出版社，200512. 顾其净，项家祯，袁孝康.微波集成电路设计.北京:人民邮电出版社，197813. 林为干.微波网络.北京:国防工业出版社，197814. Th
44、omas H.Ls射频集成电路设计,北京:电子工业出版社，200415. 张海涛，齐臣杰等.微波集成滤波器研究.功能材料与器件学报，2000，6(3):205-20716. 杨仕明，曾斌.微带平行线耦合带通滤波器的计算机辅助设计，199417. 甘后乐，楼东武.平行耦合微带线带通滤波器的多步优化设计，微波学报，200518. 瓦.杨森，鲍贤杰译.波导与带状线.北京:国防工业业出版社，198119. 冯正和，张竞平，赵英杰.广义电容矩阵及其应用梳状及交指滤波器的精确设计.电子学报，1996，24(10):20-2620. 黄一鸣，陈放，胡爱娟，尹秋艳.一种新型双模微带带通滤波器.舰船电子工程，200521. 黄席椿, 高顺泉 .滤波器综合法设计原理.人民邮电出版社，197822. 周承联 .综合法滤波器的理论与计算.人民邮电出版社,197923陈亦匡 .滤波器的设计.人民邮电出版社,195824. 王谨之 .无线电技术基础.高等教育出版社,1995附 录1 本文设计所要用的两种软件ADS和Protel99。ADS
