分布参数滤波器设计

实验3分布参数滤波器设计姓名：张杭俊学号：13011432班级：13083414指导老师：李齐良日期：2015.11.20一、实验目的1.通过此次实验，我们需要熟悉微带线电路和带状线电路的仿真过程和注意事项，理解微带线、带状线的特性和各种参数指标，熟悉微带线、带状线的各种分布参数元件的使用。2.本次实验我们需要用到MWO2008的优化和Tune等工具，要求熟练掌握MWO提供的这些工具的使用方法和技巧。3.本次实验我们需要用到TXLine工具，需要熟练掌握MWO提供TXLine的使用方法和技巧二、实验要求设计一个分布参数低通滤波器•要求：1.使用微带线电路或者带状线电路实现。2.指标：1)截止频率为3GHz，2)通带内增益大于-5dB；3)阻带内4.5GHz以上增益小于-50dB。4)通带内反射系数要求小于-25dB。三、实验原理1.集总元件与频率关系※使用集总元件设计的滤波器，在低频时能正常工作，但在微波电路时却不能。原因有：■Lump元件，如电感电容的值都是对应于低频的，当频率很高超过其谐振频率时，lump元件的寄生效应非常明显：一者元件求值变得非常复杂；二者电感电容会改变自身特性，如电容性变成电感性，而电感性变成电容性；■在微波频率时，在微波电路中，电容值通常很小（只有零点几个pf），一般的lump元件根本无法做到如此小的值，只有用微带传输线制作才行；2.微带电路分布参数元件中，以微带线和带状线最为常用，在MMIC中，为便于制板，常用的是微带线。微带电路是近几十年发展起来的新型微波系统，它使微波系统的体积、重量、生产成本等大幅度降低，使微波个人通讯系统普及成为现实。微带电路包括：单片微波集成电路（MMIC）、微带传输线、微带元件等。3.微带传输系统—微带线微带线是由介质基片一边导体接地板和介质基片另一边的带状导体构成。可视为沿中心线剖开并展平的同轴线：同轴线内一般只有金属介质界面，而微带传输线内既有金属-介质界面，也有介质-空气界面，正是由于这一差别造成了微带传输线的传输特性不同于同轴线。5.由微带传输线构成的微波电路具有以下几个特点：体积小，重量轻，加工成本低，加工重复性好，材料成本低，可构成薄膜或厚膜微波集成电路；损耗较大，功率容量小，电路参数调整困难，工作频率低（相对于其它微波传输系统）；微带传输线是双导体传输系统，但不能传输TEM模，是准TEM。6.实际微带传输线的特性阻抗、传播常数都是工作频率的函数：当微带传输线工作频率升高时，其色散增大，但在小于4GHz时，可以忽略色散效应；当工作频频带较宽时，特性阻抗、传播常数的频率响应不可忽略。工作频率升高时，其等效介电常数增大；7.微带传输线的相速度、群速度、等效介电系数、等效波长都是微带传输线结构参数W（导体带宽度）、h（介质厚度）的函数。在基板介质（包括厚度）确定的前提下，可调节的微带线参数有两个：线宽W和线长。但此时微带线的特性参数只由线宽W决定，与线长无关：如微带线的特性阻抗与线宽W相关，与线长无关：在其他条件不变情况下，微带线越宽其特性阻抗越小.8.微带电容和微带电感利用微带传输线导体带宽度变化，可以直接在微带电路中形成等效的微带电容或等效的微带电感。1）用串联微带传输线构成的串联微带电感关于元件的选取微带线：在microstrip下开路微带线：MLEF;线性微带线：MLIN；基板：它在元件库中位置为：substratesMSUB;本实验用RT/Duroid，其介电常数为2.16端口关于等效电感电容的微带线可通过改变线长和线宽W可改变电感电容量，但太长的微带线会导致电路板过太，因而一般固定线长，本实验线长取为1/8波长；而通过改变线宽来优化滤波器，线宽就是要优化的变量。关于波长的选取：取最大频率点（对于低通就是截止频率）对应的波长关于输入输出端说明：在射频微波电路中，上下级连接电路之间需要阻抗匹配，以达到较高的传输功率。微波通信中一般以50欧特性阻抗为标准，各个器件均需匹配到50欧的传输线上。本实验左右两端的MLIN微带线，其特征阻抗都为50欧，就是当作传输线用，用来进行阻抗匹配。因此该两段传输线线宽W由50欧特性阻抗所决定，线长取1/8波长。关于基板的选取使用微带线或带状线时，要有基板，它在元件库中位置为：substratesMSUB;MSUB表示双面板材的各种属性，为仿真提供实际做电路板时使用的各种参数：介电常数，介质厚度，金属线厚度，损耗正切角等。本实验所基板厚度取0.1mm；导体带厚度取0.001mm;导体材料为银。四、实验内容及步骤1、使用TXLine工具练习计算微带线εr＝2.55，t/h=0.01，分别计算W/h=2.5、3、3.8、4.15时的特性阻抗值，并与课本微带线的特性阻抗数据表对比检验。带状线εr＝4.2，t/h=0.01，分别计算W/h=2.5、3、3.8、4.15时的特性阻抗值。2、设计分布参数低通滤波器（与上面练习的计算结果无关）设计一个分布参数低通滤波器，使用微带线电路或者带状线电路实现(介质相对介电常数2.16，H=0.1mm。T=0.002mm)要求截止频率为3.5GHz，通带内增益大于－5dB，阻带内5GHz以上增益小于-60dB。通带内反射系数要求小于-20dB（提示：频率设置0~8GHz）。1、εr＝2.55，t/h=0.01,W/h=2.5εr＝2.55，t/h=0.01,W/h=3εr＝2.55，t/h=0.01,W/h=3.8εr＝2.55，t/h=0.01,W/h=4.5εr＝2.55，t/h=0.01,W/h=4.152.εr＝4.2，t/h=0.01,W/h=2.5εr＝4.2，t/h=0.01,W/h=3εr＝4.2，t/h=0.01,W/h=3.8εr＝4.2，t/h=0.01,W/h=4.15电路图：设计过程：运行结果：五、实验总结本次实验中主要是为了熟悉微带线电路和带状线电路的仿真过程，并且了解了一些注意事项，根据实验进一步理解了微带线、带状线的特性和各种参数指标，更深入了解了MWO提供TXLine的使用方法和技巧。