学位论文-—基于ads的定向耦合器的设计设计
本科毕业论文（设计、创作）
题目：基于ADS的定向耦合器的设计
所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术
基于ADS的定向耦合器的设计
摘要：在20世纪50年代初，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe
小孔耦合理论。定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。本设计主要利用ADS2011
软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。
关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波
Design of directional coupler based on ADS Abstract: In twentieth Century the beginning of the 50's, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theory. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveguide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power distribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microstrip branch directional coupler, completes the schematic and layout.
Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave
目录
第一章绪论 (1)
1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 (1)
1.2 ADS简介 (2)
1.2.1 ADS的特点 (2)
1.2.2 ADS的设计方法 (2)
1.3 定向耦合概念及分类 (3)
1.3.1概念 (3)
1.3.2分类 (4)
1.3.3 主要技术指标 (6)
第二章工作原理 (8)
2.1 传输线理论 (8)
2.2 输入阻抗 (9)
2.3 特性及测量 (10)
2.3.1网络特性 (10)
2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量） (11)
2.4 定向耦合器的用途 (11)
第三章微带分支电路的分析与设计 (12)
3.1 分支线耦合器 (13)
3.2 分支线耦合器的奇、偶模分析 (13)
第四章设计过程 (17)
4.1 建立工程 (17)
4.2 原理图的设计 (18)
4.3微带线参数的设置 (19)
4.4 VAR控件的设置 (20)
4.5 S参数仿真设计 (20)
4.6 参数的优化 (22)
4.7分支线耦合器版图的生成 (23)
第五章总结与展望 (25)
致谢 (26)
参考文献 (27)
第一章绪论
1.1 微波技术产生的背景及发展趋势
微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。
随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。
传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。
同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。
然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。
1.2 ADS简介
ADS是安捷伦公司电子设计自动化部门（Agilent EEs of EDA)研发的高频混合信号电子设计软件，它能实现系统、电路、全三维电磁场仿真，并且可以和其他仿真软件及安捷伦测试仪器进行连接仿真验证，是工业界为数不多支持在高频高速应用中通过集成电路、封装和电路板进行协同设计仿真平台，可以使设计者在繁杂的系统、电路中快速完成电子设计并通过测试。例如，设计指南可以自动完成滤波器和多级匹配网络的综合，将设计时间从以往的几小时缩短到现在的几分钟。使用ADS仿真软件，设计者还可以添加其他电路、系统和电测仿真组件，完成更具挑战性的设计。
1.2.1 ADS的特点
ADS是射频，模拟电路设计者建立设计和仿真的起点，它包括了以下许多功能强大的设计仿真特点。项目设计环境：可输入原理图，进行电路、系统仿真，并对设计项目进行管理。线性仿真器：频域电路仿真器，用于进行s参数、直流和交流小信号仿真。射频系统仿真器：使用精细的模块级模块对整个射频系统进行建模。B类优化器：可对设计进行优化，实现最佳的产品性能。滤波器设计指南：合成和分析集总滤波器何分布式滤波器的模型和设计方法。无缘滤波器设计指南：综合了匹配网络和无源电路的设计功能。连接管理器：用于与安捷伦测试仪器进行双向数据传输。RE IP编码器：生成非常详细且安全的ADS设计电路模型，并可以与其他设计者进行分享。
1.2.2 ADS的设计方法
运用ADS软件，电路设计者可以进行模拟、射频、微波等电路或系统的设计与仿真，其设计方法主要包括直流分析、交流小信号分析、S参数分析、谐波分析、瞬态分析、包络分析几个大类。
1.直流分析：直流分析是ADS软件的核心分析功能之一，通常在瞬态、交流小信号仿真之前都要自动进行直流分析。直流分析也可以单独进行或对参数变量进行扫描，打印出电路的节点电压、支路电流及直流工作点等。
2.交流小信号分析：交流小信号分析是ADS另一项重要功能，它可计算电路在某一频率范围内的频率响应。交流小信号分析先计算出电流的直流工作点，再计算出电路中所有非线性元件的等效小信号电路，进而借助这些线性化的小信号
等效电路在某一频率中进行频率响应分析。该仿真的主要目的是要得到电路指定输出端点的幅度或相位变化。因此，交流仿真的输出变量带有正弦波。
3.s参数的分析：当射频和微波电路在小信号输入状态工作时，可认为该电路是一个线性网络。我们一般将其视为一个端口网络，s参数便是对这个线性网络最有利力的分析工具，它在直流工作点上将电路线性化，然后执行仿真，分析该网络的s参数、线性噪声参数、传输阻抗及传输导纳等。
4.谐波分析：先进设计系统中的谐波平衡仿真器是对谐波算法最有利的实施，适用于市场上的飞线性电路和系统仿真，其功能包括：次数不限的多音频域非线性仿真何优化；相位噪声分析；负载和信号源牵引分析；在稳定激励期间进行X参数、非线性模型仿真；功率放大器设置指南，对常见的放大器拓扑进行合成、设计和仿真；混频器设计指南，对常见的混频器推普进行合成、设计和仿真；振荡器设计指南，对常见的振荡器拓扑进行合成、设计和仿真；模拟模型开发套件可用于开发自定义的非线性特性模型。
5.瞬态分析：瞬态仿真是ADE最基本，也是最直观的仿真方法。该仿真功能在一定程度上类似于一个虚拟的“示波器”，设计者通过设定仿真时间，可以对各种线性何非线性电路进行功能和性能模拟，并且在输出波形输出窗口中观测电路的时域波形，分析电路功能
6.包络分析：电路包络分析包含了时域何频域的分析方法，主要应用在具有调频功能的电路或系统中。电路包络分析综合了瞬态分析和谐波平衡两种仿真方法的功能，在低频调频信号分析时采用瞬态小信号仿真进行分析，而高频载波信号则以频域的谐波平衡进行分析。
1.3 定向耦合概念及分类
1.3.1概念
定向耦合器是具有方向性的功率耦合和功率分配元件，其结构形式多种多样，但它们都是四端口元件，通常由主传输线、副传输线、和耦合结构三部分组成，主、副线通过耦合结构（通常耦合结构有耦合缝、耦合孔和耦合传输线等结构）连接，主线传输的电磁波能量经耦合结构进入副线中，并在副线的某一端口输出，在副线的另一端口应无输出。所有的定向耦合器的方向性都是通过两个独立的波（或波的分量）产生的，它们在耦合端口同向相加，在隔离端口则反相抵
消来实现方向性，定向耦合器的示意图如图1-1所示。
（a）正向定向耦合器
（b）反相定向耦合器
图1-1定向耦合器示意图
1.3.2分类
定向耦合器的种类繁多，其结构形式多种多样，但本文只对以下四种进行简单的介绍：
1.波导定向耦合器
这种耦合器是最早实现是耦合器，它通常在波导的共用边上用小孔（或小槽）来实现耦合。实现这中耦合最简单的方法是在两个波导之间的宽壁上开一个小孔，这种耦合器称为Bathe孔耦合器，主要有两种耦合形式，如图1-2所示，在图（a）中，耦合是通过小孔偏离波导边壁的距离s来控制的。在图2-2（b）中，耦合是通过两波导之间的角度 来控制的。
图1-2 两种Bathe孔耦合器
2.耦合线定向耦合器
这种定向耦合器是用耦合传输线（两根无屏蔽的传输线紧靠在一起时，由于各根线电磁场的相互作用，线之间可能产生功率耦合）制作的定向耦合器。单节耦合线定向耦合器结构和端口定义如图1-3所示，这种类型的耦合器最适合于弱耦合，原因在于紧耦合要求线很紧地靠在一起很难实现，还有偶模和奇模特性阻抗的数值过大或过少而不实际。
图1-3 单节定向耦合器结构和端口定义
https://www.wendangku.net/doc/e62368051.html,nge定向耦合器
这种耦合器最常见的有微带形外观和不能折叠的Lange耦合器两种形式，如图1-4所示，图（a）所示的是四根耦合线采用相互连接以提供紧耦合，这种耦合器和容易做到3dB耦合度；图（b）是不能折叠的lange耦合器，基本原理同图（a）所示耦合器，不过这种很容易用一个等效电路模型化。
图（a）微带形外观图（b）不能折叠的lange耦合器
图1-4 Lange 耦合器
4.铁氧体定向耦合器
铁氧体定向耦合器是用高强度漆包线绕在铁氧体高频磁环或磁芯上做成。这种定向耦合器实质上是用电感线圈代替分布参数的电感，用电容器代替分布电容，有时也称其为集中参数定向耦合器。在定向耦合器设计中，使用铁氧体能有效增加带宽，减小尺寸和生产成本，同时提高了功率。在微波测量仪器中使用这种定向耦合器可以降低成本，提高测量精度，有着广阔的应用前景。
1.3.3 主要技术指标
定向耦合器是微波技术中广泛使用的部件之一，通常可以将它看成一个四端口网络，如图1-5所示，设端口1到4为主线、端口2到3为副线，当电磁波从端口1输入时，端口3无输出，端口2有输出，故端口3是隔离端，端口2为耦合端。如果电磁波从其它端口输入，其输出情况类似。
图1-5 定向耦合器网络
衡量定向耦合器性能的主要技术指标有耦合度、定向性、隔离度、输入电压驻波
比和频带宽度。
1. 耦合度C ：当端口1接信号源，端口2、3、4均接匹配负载时，端口1的输入功率1P 与端口2的输出功率2P 之比的分贝数为该定向耦合器的耦合度C ，则 12221110lg 10lg P C P S ????== ? ? ?????
(dB ) （1.1） 2. 方向性系数D ：端口2的输出功率2P 与端口3的输出功率3P 之比的分贝为定向耦合器的方向性系数D ，则 2212233110lg 10lg S P D P S ????== ? ? ?????
(dB) (1.2) 对于一个理想的定向耦合器，3310,0,P S D ==→∞。
3.隔离度I ：端口1的输入功率1P 与端口2的输出功率3P 之比的分贝数为该定向耦合器的隔离度I ，则 12331110lg 10lg P I P S ????== ? ? ?????
(dB ) (1.3) 4.输入电压驻波比：指定向耦合器直通端口4、反向耦合端口2、隔离端口3都接匹配负载时，在输入端口①测量到的驻波系数。输入驻波系数反映了在输入端观察到的反射大小。
5.频带宽度：频带宽度是指当耦合度、隔离度及输入驻波比都满足指标要求时定向耦合器的工作频带宽度。
对于一个理想的定向耦合器，30P =，310S =，I →∞。
由（1.1）、（1.2）、（1.3）可以得出它们之间具有如下关系：
D I C =- (2.4)
第二章 工作原理
2.1 传输线理论
传输线可用来传输电磁信号能量和构成各种微波元器件。微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可由传输线方程来描述。传输线方程是传输线理论中的基本方程。 对于均匀无损耗传输线，传输线方程为
()()1z
dU z Z I z d =- （2.1a ）
()()1z dI z YU z d =- (2.1b) 当已知终端条件时，它的解可以表示
'''202()U z U chyz Z I shyz =+ （2.2a ） '''220
()U I z shyz I chyz Z =+ （2.2b ） 其中22U 、I 为终端电压与电流，γ为传播常数,11Z Y j γαβ==+ ,（α为衰减系数,β为相移常数）。对于无耗传输线，它的常用参量有
相移常数β 2p
πβλ= (2.3) 相速度p ν r p c εν=光 (2.4)
相波长p λ 0p r
λλε= (2.5) 特性阻抗0Z 1
01L Z C = (2.6)
2.2 输入阻抗
传输线上任意一点Z '的输入阻抗()in Z z '定义为该点电压与电流之比。即由式(2.6)
得 ()()'''
00''0()L in L Z Z thyz U z Z z Z Z Z thyz I z +==+ (2.7) 式中22/L Z U I =，对于无耗传输线，有,0j γβα==，代入上式得
()
'tan '00'0Z jZ z L Z z Z in Z jZ thy z L ββ+=+ (2.8) 即传输线上任意一点z '的输入阻抗与位置z '和负载阻抗L Z 有关。
当线的长度为l 时，便得传输线的输入阻抗为
()tan 00tan 0Z jZ l L Z l Z in Z jZ l L
ββ+=+ （2.9） 因为阻抗与导纳互为倒数的关系，即输入导纳''()()1in z in z Y Z =，特性导纳001Y Z =，负载导纳1L L
Y Z =，等关系式代入（2.9）可得 ''
00'()
0tan tan L in z L Y jY z Y Y Y jY z ββ+=+ （2.10） 由于'tan z β是周期函数，所以无耗传输线上的阻抗成周期性变化，即具有/4λ的变换性和/2λ的重复性。
（1）/4λ变换性
传输线上相距/4λ两点的输入阻抗的乘积等于常数的这一特性，称为阻抗的/4λ的变换性，由 ''2'
00000'''00cot tan ()4cot tan ()L L in L L in Z jZ z Z jZ z Z Z z Z Z Z jZ z Z jZ z Z z ββλββ-++===-+ （2.11） 即''20
()()4in in Z z Z z Z λ+?==常数。 利用该特性可以进行阻抗变换，所以传输线具有阻抗变换的作用，可将容
性阻抗经/4λ变成感性阻抗，或反之。
（2）/2λ的重复性
传输线上相距两点的输入阻抗相等的这一特性，称为阻抗的重复性， 因为 ()
()''0'000''00tan tan ()2tan tan L L in L L Z jZ z Z jZ z Z z Z Z Z jZ z Z jZ z βπβλββπ++++==+++ (2.12) 所以(/2)()in in Z z Z z λ''+=。即传输线具有/2λ的重复性。
2.3 特性及测量
2.3.1网络特性
定向耦合器可被看作为四端口网络，其特性可用散射矩阵[]S 表示，即
[]1112131421
2223243132333441424344s s s s s s s s S s s s s s s s s ??????=??????
（2.13） 其中各端口的反射系数 ii S (i=1、2、3、4)的值很小（理想值为零），表示各端口的匹配情况；衰减系数13312442S S S S ===的值也很小（理想值为零）。表示隔离情况14412332S S S S ===是耦合系数，其值根据需要而设计。
定向耦合的主要技术指标是耦合度C （分贝）、定向性D （分贝）和工作频带，其中 1420lg C S = ()dB （2.14） ()141320lg
S D dB S = (2.15) 理想定向耦合器的散射矩阵为
[]22220010010010100i t j t j t S e j t t j t t θ
-??-????-=????-????-?? （2.16） 两个输出信号有90°的相位差。
上述双孔或双分支线耦合的单节定向耦合器工作频带较窄。若采用多孔或多分支线耦合结构的多节定向耦合器（几个单节的级联），可借助综合设计方法展宽工作频带。
定向耦合器是微波测量和其它微波系统中的常用元件，是近代扫频反射计的核心部件。它是一种有方向性的微波功率分配器件，常见类型有：波导同轴线、带状线及微带线等。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙耦合元件，将一部分功率耦合至副线中，由于波的干涉及叠加，使功率仅沿副线的一个方向传输（称为“正方向”），而在另一方向几乎没有（或极少）功率传输（称为“反方向”）。常见的波导定向耦合器有波导十字孔定向耦合器、波导双定向耦合器。
2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量）
（1）耦合度
根据定义，只要首先测量出主波输入端的功率电平，然后将定向耦合器的征象接入测量系统，测量出副波导正向输出端的功率电平，则可以有上述公式求得耦合度。在实际测量中。可以利用功率衰减法来测量C，改变精密衰减器的衰减量，使测量主波导输入端的检波电流与定向耦合器正向接入系统中时，副波导正向输出端的检波电流相等，则衰减器的读数之差就是定向耦合器的耦合度C。
（2）方向性
反向连接定向耦合器，主波导输出端接匹配负载，使副波导在图2-5端“3”输出的检波电流指示读数合适（主要取决于信号源的功率及定向耦合器的方向性的大小），读取精密衰减器的衰减量。然后正向连接定向耦合器，加大精密衰减器的衰减量，直至“3”端的检波电流指示与刚才的相同，读取精密衰减器的衰减量，那么二次衰减量之差即为定向耦合器的方向性。
2.4 定向耦合器的用途
在微波系统中，定向耦合器是一种应用广泛的微波元件，例如信号发生装置中的功率监视装置及信号接收机中的混频装置都要用到定向耦合器。此外，自动增益控制、平衡放大器、调相器以及反射计和微波阻抗电桥等测量仪器也要用到定向耦合器。
图 2-1是微波信号发生器，它的输出功率电平是由内附功率计监视的，送
ads设计的滤波器.
1 课题背景 随着信息化浪潮的推进，现代社会产生了巨大的信息要求，通信技术正在向高速、多频段、大容量方向发展。目前移动通信中所使用的主要频率为0.8-1.0GHz，全球GSM频段分为4段，即850/900/1800/1900MHz。在宽带移动化方面，IEEE802工作组先后制定了WLAN和WiMAX等技术规范，希望能沿着固定、游牧/便携、移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化，常用的WLAN通信频段标准为IEEE802.1b/g(2.4-2.5GHz)和IEEE802.11a(5.2-5.8GHz)。为了在移动环境下实现宽带数据传输，IEEE802.16WiMAX成了宽带移动的主要里程碑，促进了移动宽带的演进和发展，2.3-2.4GHz和3.4-3.6GHz频段均被划分为WiMAX的全球性统一无线电频段。这正是S波段的应用，因此如何研究出高性能，小型化的滤波器是目前电路设计的的关键之一。 当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，分布参数不仅可以构成低通滤波器，而且可以构成带通和带阻滤波器。平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，它是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。如图1.1所示。
根据ADS的带阻滤波器设计
电磁波与微波技术 课程设计 ----带阻滤波器的设计与仿真 课题：带阻滤波器的设计与仿真 指导老师： 姓名： 学号：
目录 1.设计要求 (3) 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 (3) 2.1理查德变换 (4) 2.2科洛达规则 (6) 3.设计步骤 (7) 3.1ADS 简介 (7) 3.2初步设计过程 (8) 3.3优化设计过程 (14) 3.4对比结果 (17) 4.心得体会 (17) 5.参考文献 (18)
1．课程设计要求： 1.1 设计题目：带阻滤波器的设计与仿真。 1.2设计方式：分组课外利用ads软件进行设计。 1.3设计时间：第一周至第十七周。 1.4 带阻滤波器中心频率：6GHz；相对带宽：9%；带内波纹： <0.2dB。 1.5 滤波器阻带衰减>25dB；在频率5.5GHz和6.5GHz处，衰 减<3dB；输入输出阻抗：50Ω。 2．微带短截线带阻滤波器的理论基础 当频率不高时，滤波器主要是由集总元件电感和电容构成，但当频率高于500Mz时，滤波器通常由分布参数元件构成，这是由于两个原因造成的，其一是频率高时电感和电容应选的元件值小，由于寄生参数的影响，如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件；其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线方法，将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器，其中理查德变换用于将集总元件变换为传输段，科洛达规则可以将各滤波器元件分隔。 2.1 理查德变换
通过理查德变换，可以将集总元件的电感和电容用一段终端短路和终端开路的传输线等效。终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性，利用传输线的这一特性，可以实现集总元件到分布参数元件的变换。 在传输线理论中，终端短路传输线的输入阻抗为： 错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。（1.0） 式中 错误!未找到引用源。 当传输线的长度错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。时 错误!未找到引用源。 （1.1） 将式（1.1）代入式（1.1），可以得到 错误!未找到引用源。（1.2）式中 错误!未找到引用源。 （1.3） 称为归一化频率。
ADS设计的带通滤波器
设计报告 学生： 课题：带通滤波器的设计与仿真 目录
摘要 (3) 一平行耦合微带线滤波器的理论基础 (3) 二、平行耦合微带线滤波器的设计的流程图 (4) 三、设计的具体步骤 (5) 1、确定下边频和归一化带宽 (5) 2、在设计向导中生成原理图 (6) 3、平行耦合微带线带通滤波器设计 (7) 4、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图 (8) 四、心得体会 (14) 五、参考文献 (14) 带通滤波器的设计与仿真
摘要: 介绍一种借助ADS( Advanced Des ign SySTem )软件进行设计和优化平行耦合微带线带通滤波器的方法，给出了清晰的设计步骤，最后结合设计方法利用ADS给出一个中心频率为2.4 GHz，相对带宽为9%的微带带通滤波器的设计及优化实例和仿真结果，仿真结果表明: 这种方法是可行的，满足设计的要求。 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。它的主要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。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 一、滤波器的介绍 （1）波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器 按照滤波器的制作方法和材料，射频滤波器又可以分为以下四种： （2）波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器 （3）滤波的性能指标： 频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带的一定外有产生新的通带 二、平行耦合微带线滤波器的理论基础 当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，分布参数不仅可以构成低通滤波器，而且可以构成带通和带阻滤波器。 平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z 0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。
基于HFSS分支定向耦合器设计说明书
基于HFSS分支定向耦合器设计 实验报告 学院电子科学与工程学院
姓名 学号 指导教师 2016年10月27日目录 一、实验目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、设计思路 (2) 四、注意事项 (2) 五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2) 5.1 分支定向耦合器简介 (2) 5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (3) 5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (3) 5.2.2 HFSS设计简介 (3) 5.2.3 HFSS设计环境概述 (4) 5.3 新建HFSS工程 (4) 5.4 创建分支定向耦合器模型 (5) 5.4.1 设置默认的单位长度 (5) 5.4.2 定义变量 (5)
5.4.3 添加新材料 (6) 5.4.4 创建带状线金属层模型 (7) 5.4.5 创建带状线介质层模型 (9) 5.5 分配边界条件和激励 (10) 5.6 求解设置 (11) 5.6.1 单频求解设置 (12) 5.6.2 扫频设置 (12) 5.7 设计检查和运行仿真分析 (13) 5.8 查看仿真分析结果 (14) 5.8.1 查看S参数扫频结果 (14) 5.9 分支定向耦合器的优化分析 (15) 5.9.1 新建一个优化设计工程 (15) 5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (16) 5.9.3 查看参数化分析结果 (17) 5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (18) 5.9.5 查看优化结果 (20) 5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (20) 5.9.7 优化后的场分布图 (21) 5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (21) 六、加分项 (22) 6.1 二阶分支定向耦合器建模 (22) 6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (24)
基于ADS的定向耦合器的设计
本科毕业论文（设计、创作） 题目：基于ADS的定向耦合器的设计 学生姓名：张振华学号： 110102044 所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术 入学时间： 2011 年 9 月导师姓名：杨斌职称/学位：讲师/学士 导师所在单位：安徽三联学院 完成时间： 2015 年 6 月 安徽三联学院教务处制
基于ADS的定向耦合器的设计 摘要：在20世纪50年代初，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe 小孔耦合理论。定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。本设计主要利用ADS2011 软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。 关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波
Design of directional coupler based on ADS Abstract: In twentieth Century the beginning of the 50's, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theory. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveguide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power distribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microstrip branch directional coupler, completes the schematic and layout. Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave
基于ADS的微带滤波器设计
基于ADS的微带滤波器设计 微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要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。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。1 微带滤波器的原理微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。2 滤波器的分类最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。3 微带滤波器的设计指标微带滤波器的设计指标主要包括：1绝对衰减（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）。 2带宽（Bandwidth）：通带的3dB带宽（flow—fhigh）。3中心频率：fc或f0。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。工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、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。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。4 微带滤波器的设计本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：通带截止频率：3GHz。通带增益：大于-5dB，主要由滤波器的S21参数确定。阻带增益：在4.5GHz以上小于-48dB，也主要由滤波器的S21参数确定。通带反射系数：小于-22dB，由滤波器的S11参数确定。在进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减全都表现在S21(S12)随频率变化的曲线上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。了解了滤波器的设计原理以及设计指标后，下面开始设计微带低通滤波器。4.1建立工程新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对话框。在name栏中输入工程名：microstrip_filter，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unit——millimet，默认单位为mm，。单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。4.2原理图和电路参数设计工程文件创立完毕后，下面介绍微带低通滤波
ADS低通滤波器的设计与仿真
电磁场与微波技术 课程设计报告 课程题目：低通滤波器的设计与仿真姓名： 指导老师： 系别：电子信息与电气工程系专业：通信工程 班级： 学号： 完成时间：
低通滤波器的设计与仿真 摘要：微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要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。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。 关键词：ads；微带线；低通滤波器
一、设计思路 1、设计要求：截止频率：1.1GHz，通带内波纹小于0.2dB，在 1.21GHz 处具有不小于 25dB 的带外衰减。 2、方案选择 利用椭圆函数滤波器设计并仿真，经过优化后，结果调出来的波形能达到指标，但波形会形成带阻波形，只能实现在一定范围内低通。所以不选。 利用切比雪夫滤波器设计并仿真，经过优化调试后可用。 3、设计法案 首先用 LC 设计低通滤波器集总参数模型当频率工作在高频时，要用微带线代替 LC 元件。高阻抗微带线代替串联电感，低阻抗微带线代替并联电容。一般取 Zhigh=120Ω，Zlow=20Ω。在输入和输出加上 50Ω微带线。然后根据设计要求通过 ADS 自带的Linecalc 计算转换过来的微带线长和宽。在进行设计时，主要以滤波器的 S 参数作为优化目标进行优化仿真。 S21（S12） S（表示传输参数，滤波器的通带，阻带的位置以及衰减，起伏全部表现在 S21（S12）随频率变化的曲线上。S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算输入输出的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗过大，影响系统的后级匹配，使系统性能下降。 板材设置：H（基板厚度）=0.8mm，Er（基板相对介电常数）=2.2，Mur （磁导率）=1，Cond（金属电导率）=1E+50，Hu（封装高度）=1E+033mm，T （金属层厚度）=0.01mm，TanD （损耗角正切）=0。 二、仿真过程及电路原理图、版图、S 参数等 经过ADS软件的仿真和折中，以下就以相对比较好的方案为例介绍详细过程以及电路和版图仿真的情况。
HFSS环形定向耦合器设计实例
实验二：环形定向耦合器仿真场分析 实验目的： 掌握带状线的设置、理解和分析环形定向耦合器的结构和原理。 实验内容： 利用HFSS软件设计一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为标准的50Ω。 实验原理： 此环形耦合器使用带状线结构，HFSS工程可以采用终端驱动求解类型。4个端口都与背景相接触，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50欧姆。为了简化建模操作以及节省计算时间，带状线的金属层使用理想薄导体来实现，即通过创建二维平面然后给二维平面指定理想导体边界条件来模拟带状线的金属层；带状线的金属层位于介质层的中央。在 HFSS 中，与背景相接触的表面会自动设置为理想导体边界，因此带状线上下两边的参考地无须额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。 实验步骤及结果： 一、新建工程设置 1.插入HFSS设计
2.设置求解类型 3.设置默认的长度单位 从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令 4.建模相关选项设置（使得建立三维模型之后弹出属性窗口） 从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】 5.定义变量 length 从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令 点击Add
按图填入相应的值然后点击OK 点击‘确定’ 6.添加新材料 从主菜单栏中选择【Tools】→【Edit Configured Libraries】→【Materials】命令
(完整word版)微带线带通滤波器的ADS设计
应用ADS 设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种： 1、电容间隙耦合滤波器带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GHz以 上有辐射损耗。 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器，有5％到25％的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。 3、发夹线带通滤波器把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。
4、1/4 波长短路短截线滤波器 5、半波长开路短截线滤波器 下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上（可以簿到1mm以下），故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；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，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。而使用电子计算机进行辅助设计时，则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带
定向耦合器
单位代码： 10293 密 级： 硕 士 学 位 论 文 论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究 电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士 二零一五年三月 学 科 专 业 研 究 方 向 申请学位类别 论文提交日期
摘要 定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。论文的主要工作和创新点包括： （1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。 （2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。 （3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。 关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽
Abstract Reader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include: (1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation. (2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased. (3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation. Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler
ADS设计定向耦合器讲解
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1概述 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。
ADS滤波器设计
微带滤波器的设计（ADS ） https://www.wendangku.net/doc/e62368051.html, 原理 这次设计的滤波器主要是针对前面设计的天线而来的，即要实现最后的级联。所以有必 要阐述一下上次设计的天线的具体规格： 上次设计的天线是在 2.5GHz 附近工作,而我在这里设计的滤波器目的是针对移动通信设计，所要求带宽较窄，令带宽在50MHz 左右，符合天线能提供的范围。滤波器使用的基板参数还是εr= 9.8, h=1.27mm ，此时基板上的50ohm 阻抗传输线的宽大概为1.22mm 。 滤波器主要设计要求如下： 中心频率G0=2.5GHz 带宽=50MHz~70MHz （计算按50MHz ） 在2.55GHz 上衰减达到25dB 这里设计的滤波器为边缘耦合平行耦合线带通滤波器设计图如下： 计算主要参数 1、由低通到带通频率的变换 这里W 为相对带宽， 0 12 12122f f f f f f f W ?=+?==0.02 得到'1 ωω′＝2，如果采用切比雪夫原型，查表得到此滤波器为n=4级。 纹波系数为0.01dB 的切比雪夫原型的元件数值分别为： g0=1;g1=0.7168;g2=1.2003;g3=1.3212;g4=0.6476;g5=1.1007;'1ω＝1 并且为了简单起见，采用对称耦合的末段。 2、 ???????= 2121W πθ=1.5551=ο1.89； 1tan 2 1θτ==31.828； 计算各个G 参数如下： 7168 .011 1×=G =1.1811；1007.16476.015×=G =1.1844； 2003.17168.012×=G =1.0781；3212.12003.113×=G =0.7941；
微带线定向耦合器的设计
微带线定向耦合器的设计 一、数学模型 1、耦合度和传输系数 图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。根据奇、偶模分析方法可知，耦合端口②及直通端口④的输出电压分别为， θ θθθθ θθ θsin )(cos 2sin cos sin )(cos 2sin cos 2020000002 0000002020000200002Z Z j Z Z jZ Z Z Z Z j Z Z jZ Z Z U e e e e +++-+++= θ θθ θsin )(cos 2sin )(cos 22020000000 0020200000 02Z Z j Z Z Z Z Z Z j Z Z Z Z U e e e ++-++= 式中：e Z 0和00Z 分别为耦合微带线的偶模和奇模特性阻抗，e θ和0θ分别是耦合微带线的 偶模和奇模的电长度，0Z 是端口的端接阻抗。 根据（1）式可知定向耦合器的耦合度为， )dB (| |lg 202U C =' 而根据（2）式可得传输系数为， )dB (| |lg 204U T = 但需要满足以下条件，即： ) 1() 2() 3() 4(
e O e e e e Z Z Z Z Z Z Z θθθθsin sin sin sin 0000 00000020 ++== 如果假设耦合微带线中传输的是TEM 波（而不是准TEM 波），则可忽略奇、偶模相速的差别而认为：θθθ==0e ，此时（1）～（4）式可以改写成以下形式，即： θ θθsin cos 1sin 2 02j C jC U +-= θ θsin cos 11202 04j C C U +--= 式中： 00 000 00Z Z Z Z C e e +-= 2f f ? =πθ 但需要满足以下条件，即： 00020Z Z Z e = 根据（5）～（9）式可知，此时的耦合度和传输系数分别变为， )dB ()cos 1sin lg(102 20220θ θ C C C -=' )dB ()cos 11lg(102 202 0θ C C T --= 而中心频率的耦合度为， )dB () lg( 20lg 2000 000 00Z Z Z Z C C e e +-==' 2、耦合区的长度 根据（11）式可知，当耦合区的电长度090=θ 时，耦合度C '最大，耦合器获得最大 ) 5() 6() 7()8() 9() 10()11() 12() 13(
ADS低通滤波器的设计与仿真
- - 电磁场与微波技术 课程设计报告 课程题目：低通滤波器的设计与仿真 姓名： 指导老师： 系别：电子信息与电气工程系 专业：通信工程 班级： 学号： 完成时间：
低通滤波器的设计与仿真 摘要：微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要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。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。 关键词：ads；微带线；低通滤波器
一、设计思路 1、设计要求：截止频率：1.1GHz，通带波纹小于0.2dB，在1.21GHz 处具有不小于25dB 的带外衰减。 2、方案选择 利用椭圆函数滤波器设计并仿真，经过优化后，结果调出来的波形能达到指标，但波形会形成带阻波形，只能实现在一定围低通。所以不选。 利用切比雪夫滤波器设计并仿真，经过优化调试后可用。 3、设计法案 首先用LC 设计低通滤波器集总参数模型当频率工作在高频时，要用微带线代替LC 元件。高阻抗微带线代替串联电感，低阻抗微带线代替并联电容。一般取Zhigh=120Ω，Zlow=20Ω。在输入和输出加上50Ω微带线。然后根据设计要求通过ADS 自带的Linecalc 计算转换过来的微带线长和宽。在进行设计时，主要以滤波器的S 参数作为优化目标进行优化仿真。S21（S12）S（表示传输参数，滤波器的通带，阻带的位置以及衰减，起伏全部表现在S21（S12）随频率变化的曲线上。S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算输入输出的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗过大，影响系统的后级匹配，使系统性能下降。 板材设置：H（基板厚度）=0.8mm，Er（基板相对介电常数）=2.2，Mur （磁导率）=1，Cond（金属电导率）=1E+50，Hu（封装高度）=1E+033mm，T （金属层厚度）=0.01mm，TanD（损耗角正切）=0。 二、仿真过程及电路原理图、版图、S 参数等 经过ADS软件的仿真和折中，以下就以相对比较好的方案为例介绍详细过程以及电路和版图仿真的情况。
教程：ADS微波滤波器设计
微带滤波器的设计（ADS ） 原理 这次设计的滤波器主要是针对前面设计的天线而来的，即要实现最后的级联。所以有必 要阐述一下上次设计的天线的具体规格： 上次设计的天线是在 2.5GHz 附近工作,而我在这里设计的滤波器目的是针对移动通信设计，所要求带宽较窄，令带宽在50MHz 左右，符合天线能提供的范围。滤波器使用的基板参数还是εr= 9.8, h=1.27mm ，此时基板上的50ohm 阻抗传输线的宽大概为1.22mm 。 滤波器主要设计要求如下： 中心频率G0=2.5GHz 带宽=50MHz~70MHz （计算按50MHz ） 在2.55GHz 上衰减达到25dB 这里设计的滤波器为边缘耦合平行耦合线带通滤波器设计图如下： 计算主要参数 1、由低通到带通频率的变换 这里W 为相对带宽， 0 12 12122f f f f f f f W ?=+?==0.02 得到'1 ωω′＝2，如果采用切比雪夫原型，查表得到此滤波器为n=4级。 纹波系数为0.01dB 的切比雪夫原型的元件数值分别为： g0=1;g1=0.7168;g2=1.2003;g3=1.3212;g4=0.6476;g5=1.1007;'1ω＝1 并且为了简单起见，采用对称耦合的末段。 2、 ???????= 2121W πθ=1.5551=ο1.89； 1tan 2 1θτ==31.828； 计算各个G 参数如下： 7168 .011 1×=G =1.1811；1007.16476.015×=G =1.1844； 2003.17168.012×=G =1.0781；3212.12003.113×=G =0.7941；
基于ADS的带阻滤波器设计
基于ADS的带阻滤波器设计
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电磁波与微波技术 课程设计 ---－带阻滤波器的设计与仿真 课题:带阻滤波器的设计与仿真 ?指导老师: ???姓名: 学号：
目录 1.设计要求 (3) 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 (3) 2.1理查德变换 (4) 2.2科洛达规则 (6) 3.设计步骤.......................７3.1ADS简介 (7) 3.2初步设计过程 (8) 3.3优化设计过程···················１4 3.4对比结果·····················１7 4.心得体会 (17) 5.参考文献 (18)
1．课程设计要求: 1.1 设计题目：带阻滤波器的设计与仿真。 1.2设计方式：分组课外利用ads软件进行设计。 1.3设计时间：第一周至第十七周。 1.4 带阻滤波器中心频率:6ＧＨｚ;相对带宽：9％;带内波纹： <0.2ｄB。 １．５滤波器阻带衰减＞25dB；在频率5.５GHz和６.5GH ｚ处，衰减<3ｄＢ；输入输出阻抗：50Ω。 2．微带短截线带阻滤波器的理论基础 当频率不高时,滤波器主要是由集总元件电感和电容构成,但 当频率高于500Ｍz时，滤波器通常由分布参数元件构成,这是由于两个原因造成的,其一是频率高时电感和电容应选的元件值小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件；其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线方法,将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器,其中理查德变换用于将集总元件变换为传输段，科洛达规则可以将各滤波器元件分隔。 ２.1 理查德变换