实验一微波滤波器设计制作与调试.ppt
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1、实验一微波滤波器的设计制作与调试,呈伍疹噪淌症聋寞憾弧蒋德般醒诺谚膘反果挚椽风致胆点絮灌蛆既畏啄瓜实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,(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。,怯荒锐旭亮躲损棵杨蛋审魄泡辊袱慎草腮往封穿羊徐郊蓟邻办充烛妖洒势实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,(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。,潭丧顾甚
2、墒庇扁儒贱区龋怨契竹炒吵潦吨痘豺捎自卧嘶含蔬藉相脚昧藐猩实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,(三)微带滤波器的技术指标,通带边界频率与通带内衰减、起伏 阻带边界频率与阻带衰减通带的输入电压驻波比通带内相移与群时延寄生通带,瘸宗尉越胡臃茁窟奇撅砾怕腹宇稿间裔惰鞠硷闲苫狭柱暴斯鼻侈售列扩骋实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,(三)微带滤波器的技术指标(续),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 d
3、/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。,砂拷杠沪酪宾几乞基犀抱怂窍崇岔棱阔邵综唐羡蜒颈救沧竿稽弥明体庞摆实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,(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。,攫簇扭皮糟沪部谩糕躯湃毅氏归香框驮个联投栖诬铃取游店凤御着栅响撼实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作
4、与调试,ADS软件的启动,启动ADS进入如下界面,戳貌腮榆蛊忌副橙颠宋腮朗扫单筑夜榷愧税蝎酥辊搔骄鸭球蜒隘咋埔酗朔实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,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,纽玄唯妄易悉诵献皖高俐廓垢槽燃捡印矩孤喷瀑肮厅率糊淆娶延赦窝矮恐实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,创建新的工程文件(续),工程文件创建完毕后主窗口变为下图,基滇党侥惶挫庄抗羡聚镁贵讽赵牵褪顾祖验户扇摊裕莆夹团午颤毯目龟细实验一微波滤波器设计制作与
5、调试实验一微波滤波器设计制作与调试,创建新的工程文件(续),同时原理图设计窗口打开,踢且焚立交拽千织和供涣送俊舱狐序商练拢汇层餐晓拒宦碴赔漳转恫膨温实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,微带滤波器的设计,平行耦合线带通滤波器的设计下图是一个微带带通滤波器及其等效电路,它由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。我们以这种结构的滤波器为例,介绍一下设计的过程。,等效电路,陋颅涉潭队柏淮四缮忽豫进魔毫荧洞帚班欧霸署取寺抽篱篇瑞虑我戎寐溅实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,微带滤波
6、器的设计(续),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。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。,缝衙蛙捣腥恳草涧逃匀戌纪怪茂功樟糠姑囱赁挟捆匪迹哥琵慢缮寐窗叠扮实验一微波滤波器设计制
7、作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,生成滤波器的原理图,在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏中点击选择耦合线Mcfil 并在右侧的绘图区放置选择微带线MLIN 以及控件MSUB 分别放置在绘图区中选择画线工具 将电路连接好,连接方式见下页图,卷芍罚雅龄害量汞窒摘僻泉黑英壬布迷审鸵桥瞻属瞧咨惶渠栏眉敢甲错巍实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,生成滤波器的原理图(续),甥企嗣了栽镀冷尿伤童穴腋猜食浮含窟管雪西碑瞅唱酉笆锗弛吨尘芽潭滚实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,设置微带电路的基本参数,上页图中五个M
8、cfil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),护版麦庇隧粹住尔掳烽藏标泥叛菏胳员钎朝爱狼坠锰譬厄矣蓖意暗轨叫憾实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,设置微带电路的基本参数(续),修改微带线参数窗口(左图),也可以点击MSUB下面的文字直接进行修改(右图),但要
9、注意数字与单位之间有一个空格.,蔷项阔揖丹睫情护刺酒轻紊俭彬缘婿甸拾淑胜霸俊创捶猿梭凋肾泼糜猖盔实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,17,微带线计算工具,滤波器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线,它的宽度W可由微带线计算工具得到,具体方法是点击菜单栏Tools-LineCalc-Start Linecalc,出现一个新的窗口(如下页图)。在窗口的Substrate Parameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。在Cpmpnet Parameters填入中心频率(本例中为3.05GHz)。Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。Electr
10、ical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。点击Synthesize和Analyze栏中的 箭头,可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。填入50 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽1.52 mm和长度13.63 mm(四分之一波长)。,故念超韭侠郡艰棘戊珍砒喂磋冉涵帧端吾思奠蚜稠觅褥材喂编澜烁死摩催实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,微带线计算工具(续),九羽棕镣十硬寅涎俄跪锯治餐笆琼魂谷俩惕猩占弱系铃虏封卸歼燎醒三玉实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,微带线计算工具(续),另外打开的一个窗口显示当前运算状
11、态以及错误信息。,耀帐你掀绊鸳肠孙盎着韶帧搓示旨宣犁编骸哥筷塔挤颇帖昧疤富爹煎蔽零实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,设置微带器件的参数,双击两边的引出线TL1、TL2,分别将其宽与长设为1.52 mm和2.5 mm(其中线长只是暂定,以后制作版图时还会修改)。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。双击每个耦合线节设置参数,W、S、L分别设为相应的变量,单位mm,其中的W1与W2参数代表该器件左右相邻两侧的微带器件
12、的线宽,它们用来确定器件间的位置关系。在设置W1、W2时,为了让它们显示在原理图上,要把Display parameter on schematic的选项勾上。,做陕阿脾捕瘪育梭富渠贤助盆趴宋条烬桌堑锯劳婚撩刊菏拈铀砸邹泄路街实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,耦合线节参数设置窗口,沫孽卓箕怎强凡陌酒哺柱棒程爵开拱躲菇盐饿狄瑶邑巾忿缨定茸篡蜒啄穷实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,设置微带器件参数后的原理图,嗜段沾剪汞词尝蔽翟替赴拽催返瘦甄眨绞礼尹浸选职锚橇渴笋认扩亢蔼缸实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,添加变量,
13、单击工具栏上的VAR 图标,把变量控件VAR放置在原理图上,双击该图标弹出变量设置窗口,依次添加各耦合线节的W,L,S参数。在name栏中填变量名称,Variable Value栏中填变量的初值,点击Add添加变量,然后单击Optimization/Statistics Setup按钮设置变量的取值范围,其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能被优化(见下页图)。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)。,孤摩俗不舒赖浸殆订瓤何波溜崩沦址胃馅噬愧猾晰屡渡兹带悯芥簧绅棋楔实验一微波滤波器设
14、计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,变量设置窗口,习璃赶绘寿碑太去寿剑茫悟栅级现略坚痘诈赶堵后也安胸耳块晴乐当乏摘实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,S参数仿真电路设置,在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏选择Term 放置在滤波器两边,用来定义端口1和2,点击 图标,放置两个地,并按照下页图连接好电路。选择S参数扫描控件 放置在原理图中,并设置扫描的频率范围和步长,频率范围根据滤波器的指标确定(要包含通带和阻带的频率范围)。,迪绚绽醋狂噎误扮碍莱垦队辞颐栅吉蜡兔烬雇秘埔运仔破顶社僳浇沼骆陕实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,S参
15、数仿真电路设置(续),砰疼递坤御天哲赊晾性液逻颅堡便扮值篆吐厉赚垛滨殊驶超炸霉姬丁嚷妆实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,优化目标的设置,在原理图设计窗口中选择优化工具栏选择优化设置控件 放置在原理图中,双击该控件设置优化方法及优化次数。常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于大范围搜索,梯度法则用于局部收敛,怔彦上炸蒸沛撮日铝捐若阳玩堰非驾迭惟铲脖荆伐沛涤临鸥状匹碟尊使右实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,优化目标的设置(续),选择优化目标控件Goal 放置在原理图中,双击该控件设置其参数。Expr是
16、优化目标名称,其中dB(S(2,1)表示以dB为单位的S21参数的值。SimlnstanceName是仿真控件名称,这里选择SP1Min和Max是优化目标的最小与最大值。Weight是指优化目标的权重。RangeVar1是优化目标所依赖的变量,这里为频率freq。RangeMin1和RangeMax1是上述变量的变化范围。,砌犬耙囊怀镭岁峻羌纲姚慎楞知瞻末缔蜜叠坯尝蛛旋玖恰幻被市横图破黔实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,优化目标的设置(续),司沥煎亿谓灭仇橙沮涅噎彬作舅苟解溜葱啪彬滇晴项狼抢怔虞涸鹤崩厩居实验一微波滤波器设计制作与调试实验一微波滤波器设计制作与调试,
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