微带型阶跃阻抗低通滤波器的仿真设计

题目微带型阶跃阻抗低通滤波器的仿真设计学生姓名潘薇学号1210064045所在学院物理与电信工程学院专业班级电信1202班指导教师王新宽完成地点陕西理工学院实验室2016年5月10日陕西理工学院毕业设计微带型阶跃阻抗低通滤波器的仿真设计潘薇(陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息科学与技术专业1202班，陕西汉中723000)指导教师：王新宽[摘要]滤波器是无线通信系统中用于频带和通信选择的关键器件。本文首先介绍了传输线和微波网络散射的相关理论，其次以巴特沃斯低通原型滤波器为基础，讲述了阶跃阻抗滤波器的基本原理，然后利用ADS电路仿真软件，设计了一种微带型阶跃阻抗低通滤波器，并对仿真的结果进行了优化，得到了满足指标要求的结果。最后，画出了该滤波器电路的版图。[关键词]滤波器；阶跃阻抗；微带线；ADSSimulationdesignofmicrostripsteppedimpedancelowpassfilterPanWei(Grade12,Class2,MajorElectronicInformationScienceandTechnology,SchoolofphysicsandTelecommunicationEngineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi)Tutor:WangXin-kuanAbstract:Filterisforcommunicationbandsandselectionofkeydevicesinawirelesscommunicationsystem.Inthispaper,weintroducethetheoryoftransmissionlineandmicrowavenetworkscattering,secondlytoButterworthlowpassfilterprototypebased,tellsthestoryofthestepimpedancefilterbasicprinciple,andthenusethecircuitsimulationsoftwareads,designamicrostriptypeorderstepimpedancelow-passfilter,andthesimulationresultswereoptimized.Tomeettherequirementsoftheresults.Finally,drawthelayoutofthefiltercircuit.Keywords:Filter;stepimpedance;microstripline;ADS陕西理工学院毕业设计目录引言...................................................................................................11传输线理论与微波网络的散射矩阵............................................11.1传输线理论................................................................................11.1.1传输线的特性参数...........................................................11.1.2分布参数阻抗...................................................................21.1.3阻抗匹配..........................................................................21.2微波网络的散射矩阵................................................................32阶跃阻抗滤波器的基本原理及其指标........................................42.1巴特沃斯低通原型滤波器的原理..............................................42.2阶跃阻抗滤波器的基本原理.....................................................62.3滤波器的主要参数指标.............................................................63微带型阶跃阻抗低通滤波器的ADS仿真...................................73.1微带线概述................................................................................73.1.1微带线常用材料...............................................................73.1.2微带线的有效介电常数和特性阻抗................................83.1.3微带线的介质损耗与衰减...............................................93.2微带型阶跃阻抗滤波器的仿真设计.........................................93.2.1设计指标及参数计算.......................................................93.2.2设计原理图....................................................................113.2.3电路参数设置.................................................................133.3仿真参数设置和原理图仿真...................................................16陕西理工学院毕业设计3.4滤波器电路参数优化...............................................................173.5其他参数仿真..........................................................................203.5.1群时延参数.....................................................................203.5.2寄生通带........................................................................213.6微带滤波器版图的生成...........................................................213.7结论..........................................................................................22致谢.................................................................................................23参考文献.........................................................................................24附录A：外文原文：......................................................................25附录B：中文译文..........................................................................28陕西理工学院毕业设计第1页共29页引言滤波器是一种过滤波的器件。在电子通信中，“波”被广义的定义为描述物理量的取值随时间不断变化的过程。这个过程通过传感器被转换为电压或电流的时间函数，称为各种物理量的时间波形或信号。因为自变量时间是连续取值，所以被称为连续时间信号，又称模拟信号。随着计算机技术的产生与发展，为了便于处理信号，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点的样本值表达原始信号而不丢失任何信息。波、波形、信号这些表达的是客观世界中各种物理量的变化，也是现代社会中不可缺少的各种信息的载体。信息的传播，依靠传递波形信号。信号在产生、转换、传输的每个环节都可能因为环境和干扰而产生变化，有时，如果干扰众多，那么信号与它所携带的信息就可能被埋没在干扰中。滤波，从本质上来讲就是从被污染和因干扰而产生变化的信号中提取原始信号所携带的信息的过程[1]。现如今，随着无线通信技术的飞速发展，人们对无线产业需求的不断扩大，滤波器得到了越来越广泛的使用。滤波器又分为高通、低通、带通等不同种类，本设计主要介绍低通滤波器。低通滤波器是一个通过低频段波，屏蔽高频段的设备[2]。一个理想的低通滤波器有平稳的通带，同时能够限制通过所有通带外的频率波。但是现实中的滤波器根本无法把过所有通带外的频率波都过滤掉。在理想通带边界有不能完全过滤的频率衰减的一部分区域，这一曲线被称为滚降斜率。滚降斜率通常用dB度量来表示频率的衰减程度。通常，滤波器的设计就是把衰减区域做的尽量窄，以便该滤波器能最大限度接近完美通带[3]。在无线通信系统中,高性能的低通滤波器有着重要的作用，它被用来抑制系统的谐波输出，在电子通信设备，雷达和军事对抗设备是不能缺少的器件之一，其指标直接影响着整个系统的性能质量。微带线滤波器因其体积小，结构简便，加工方便，成本低等在电路中有较广泛的应用[4]。阶跃阻抗滤波器又称高低阻抗滤波器，它的基本结构表现为高阻抗传输线和低阻抗传输线交替排列。这种结构具有设计简单，易于工程实现的优点。在不需要有陡峭截止响应的设计场合，阶跃阻抗结构是一种常见的、用于低通滤波的微带线结构。阻抗阶跃低通微带滤波电路是一种结构简洁的电路，非常便于电路的设计和实现。软件ADS的广泛应用，也避免设计者花费大量时间进行计算，有效缩短了设计周期。本设计采用以巴特沃斯低通原型滤波器为基础，利用ADS软件设计了一个六阶的微带型阶跃阻抗低通滤波器其截止频率为2.5GHz，在4GHz处的插入损耗必须大于20dB。并且对其仿真结果进行优化，其优化结果基本满足系统的指标要求[5-7]。1传输线理论与微波网络的散射矩阵1.1传输线理论传输线理论又称一维分布参数电路理论，是微波电路设计和计算的理论基础。传输线理论在电路理论与场的理论之间起着桥梁作用，在微波网络分析中也相当重要。1.1.1传输线的特性参数（1）特性阻抗Z0传输线上行波的电压与电流之比定义为传输线的特性阻抗，用Z0表示；其倒数为传输线的特性导纳，用Y0表示。特性阻抗的一般表示式为11110CjGLjRZ（1.1）可见特性阻抗通常是个复数，与工作频率有关。（2）传播常数传播常数是描述导行波沿导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数，通常为复数：jCjGLjR))((1111（1.2）陕西理工学院毕业设计第2页共29页式中，α为衰减常数，单位为NP/m或dB/m；β为相位常数，单位为rad/m。1.1.2分布参数阻抗传输线上任一点d的阻抗Z(d)定义为该点的电压与电流