一款基于ADS仿真軟件設計的L頻段疊層微帶線濾波器

寧濤 郭亞芝 鄧永輝

摘 要：針對工程應用中對L頻段濾波器的需求和小型化考慮，在設計時采用疊層微帶線濾波器是一個不錯的選擇。L頻段微帶線濾波器本身是一種采用分布參數實現的濾波器件，不可控因素較多，為達到較優設計指標可能需要多次試制，這與研發進度會形成沖突。ADS（Advanced Design System）作為一款仿真類EDA軟件，能夠在研發初期對濾波器進行仿真分析，大大提高產品質量和研發效率。該文針對L頻段疊層濾波器進行了論述和ADS仿真，試制品測試結果滿足設計要求。

關鍵詞：濾波器;L頻段;疊層;ADS;EDA設計

1 引言

濾波器在通信系統中占有非常重要的地位，廣泛應用于電臺通信、衛星通信、測量測繪、雷達技術以及電子對抗技術等領域。在射頻發信道中經常會用到諧波濾波器類器件對功率放大器輸出信號進行選頻濾波。諧波濾波器一般都采用通帶插入損耗小，阻帶抑制較高的設計思路進行設計，常見的為選用橢圓函數濾波器或采用濾波器級聯的方式。

本文涉及的是一種應用在L頻段的低通濾波器。頻率較低時低通濾波器是由高品質因數（Q）電感線圈和電容等集中參數器件搭建的，這類器件能夠很好滿足設計指標要求，但頻率上升至L頻段及以上時，由于集中參數元件選值較小，其精度不夠并且Q值也會急劇下降，造成濾波器通帶頻率內插入損耗變大并且難以調試，無法滿足設計要求。所以本文涉及的L頻段低通濾波器采用微帶線方式構建濾波器。同時為了小型化設計要求，多個微帶線濾波器采用了疊層結構以減少器件在印制板貼裝時的占板面積。

ADS是美國Agilent公司推出的電路和系統分析軟件，可實現包括時域和頻域、線性和非線性、模擬和數字、器件級和系統級等多方面仿真，解決了射頻電路設計領域困擾設計工程師的大多數問題，是一款強大的射頻電路設計與仿真工具軟件。本文將采用ADS（Advanced Design System）輔助設計軟件，對這款L頻段微帶線濾波器進行仿真分析，旨在提供一種利用ADS仿真軟件進行微帶線濾波器設計的思路和方法，從而減少設計迭代，提高設計速度。

2 微帶線濾波器設計思路

微帶線濾波器通常分兩種：一種是通過將開路、短路微帶線等效為電抗元件構成分布參數濾波器;另一種是利用相鄰微帶線之間奇模、偶模通過公共接地板產生耦合效應形成奇模特性阻抗和偶模特性阻抗，級聯這些耦合微帶線可得到濾波器的特性。當然這兩種微帶線濾波器并不是絕對獨立的，有時需要將兩種微帶線濾波器進行綜合考慮。早期微帶濾波器的設計較多的采用鏡像參量設計法和傳輸波設計法，但這兩種方法的設計缺點較多，目前主要采用以綜合設計為基礎的原型電路設計方法。根據設計要求找到合適的綜合設計出的濾波器原型后，查曲線初步確定其電路結構，將對應的表格歸一化參數進行計算，得到該濾波器集總元件參數值。

本文中選用的濾波器原型有LC串并聯低通濾波器原型電路（見圖1）和橢圓濾波器低通原型電路（見圖2）。

上式中成立的條件是l為短線時，如果當l較長時，電感特性會變成電容特性，電容特性也會變為電感特性。這就說明尺寸對微帶線的特性起著很重要的作用。集中總參數電感和電容的設計也可以通過ADS仿真軟件計算得到，運用ADS仿真軟件，代入已知的板材參數及微帶線長度，可以很容易計算出。

3 微帶線濾波器設計實例

本文設計的L頻段濾波器的指標是：

（1）對頻段的劃分是1GHz～1.42GHz和1.42GHz～2GHz;

（2）輸入輸出阻抗為50歐姆;

（3）插入損耗設計值為不大于1.5dB;

（4）帶內波動不大于0.5dB;

（5）阻帶衰減不小于40dB（1GHz～1.42GHz低通濾波器在2GHz阻帶頻率的衰減不小于40dB，1.42GHz～2GHz低通濾波器在2.84 GHz阻帶頻率的衰減不小于40dB）;

首先采用一個LC低通濾波器原型，通過上小節方法，計算出參數值。微帶線濾波器類型選用單枝短截線微帶線濾波器，根據微帶線特性阻抗計算公式計算出微帶線寬度和長度。單枝短截線低通濾波器的基本結構見圖3。

圖3單枝短截線低通濾波器的基本結構

通過仿真計算和優化設計，發現達到目標設計時，TL4～TL6這三根單枝短截線長度太長，這樣版圖會擴張的太大，使得所設計的微帶線濾波器不能滿足小型化要求。所以需要對單枝短截線進行布局的調整，即將平直的單枝短截線進行多次彎折，防止較大的面積擴張。在彎折過程中，主要在彎折時進行拐角處的導角等問題，防止影響濾波器指標。彎折完成的版圖見圖4所示。

參考文獻

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