一种S波段窄带带通滤波器的设计和优化

2011-07-08 17:49:17来源: 互联网

引言
  在现代微波通信系统中,带通滤波器是使由上边频和下边频确定的频带内的信号通过,而对频带以外的信号进行抑制的重要功能器件。它应用广泛,结构类型繁多。微带线平行耦合带通滤波器是较为常见的一种微波带通滤波器。近年来,微波系统的设计越来越复杂,对微波滤波器的指标要求也越来越高,传统的设计方法已经不能满足设计的需要,使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计,已经成为微波电路设计的必然趋势。Serenade是一种功能强大的微波电路系统仿真软件。应用综合设计法,结合Serenade软件进行仿真、优化,能够克服理论分析精度低的缺点,且使设计周期缩短、设计成本降低。

  设计过程

  滤波器的设计指标为:

  中心频率fc:3GHz;

  带宽:2 0%,即0.6 G H z,2.7GHz~3.3GHz:

  通带内:S2l>-2dB,S11<-20dB;

  带外抑制:频带两端±fc×20%,(即2.4GHz和3.6GHz)处,S21≤-25dB;

  带内波纹:0.2dB。

  具体设计步骤如下:

  1.选择标准低通滤波器参数在3.6GHz处,归一化频率

  

 

  =1.833。指标要求在Ω=1.833处达到-25dB的抑制,经过查表和综合考虑,确定滤波器节数N=5。查表可知,0.2dB波纹的标准5节切比雪夫滤波器归一化参数为:

  

  2.计算归一化带宽

  

  3.根据归一化带宽和标准低通滤波器参数计算奇模、偶模特性阻抗Zo和Zo

  取Zo=50Ω。首先根据公式计算下列参数:

   

 

  计算得:

    这些参数代人下列公式可计算Zo和Ze:

  

 

 

 

  计算得

 

  

 4.确定耦合微带线的原始尺寸
  选择PCB板材料,介质基片的相对介电常数为εr=4.2,厚度h=1.5mm,封装高度HU=100mm,每一段耦合微带线的电长度为90°。用Serenade软件中的工具TRL,设置相应的参数,可以计算耦合微带线的原始尺寸W、S、P。

  5.应用Serenade进行仿真和优化

  在Serenade中建立滤波器的电原理图,如图1所示。
 需要注意的是,如果耦合微带线的尺寸小于0.1mm,将使光刻误差过大,而且工艺很难实现,在设计中,这种情况应该避免。如果出现尺寸过小的情况,应该重新优化,或者采用阻抗变换的方法(如可重新选择Z0=70Ω来解决问题。所以,必须对优化后的尺寸进行检查。结果表明,优化尺寸满足工艺要求。最终的优化尺寸如下:

  

  结语

  Serenade仿真软件具有丰富的微波元件模型和精确的数值分析算法,对微波电路的仿真分析非常方便、快速和直观,利用它可以迅速地把设计思想表现出来并给以验证、改进和实现。对以上进行的分析和优化工作,如由人工来完成是非常困难的,不仅费力,也难得到满意的结果。如以设计者自行编写程序的方式进行分析和优化,工作量同样是巨大的,体现在对模型的建立、算法的选择和数据的处理等方面,都是得不偿失的。而Serenade仿真软件提供了一个优秀的仿真设计平台,设计者可以把精力集中在专业的内容上,而不必为具体的编程花费精力,因而大大提高了工作效率。

关键字:设计  优化

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0708/article_7111.html
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