基于ADS的微带线带通滤波器的设计与优化

基于ADS的微带线带通滤波器的高效设计与优化


引言

微带线带通滤波器在无线通信系统中扮演着关键角色，其性能影响着信号的分开、组合以及频率选择与杂散抑制等功能。随着通信技术的快速发展，由分布参数元件构成的微带线滤波器因其轻便、小型化与集成便利性，成为高频段设计的理想选择。然而，市场上对射频电路的要求不断提高，应用频率的上升对电路参数质量和设计周期提出了更高挑战。本文基于微带线的特性，采用美国安捷伦（Agilent）公司的高级设计系统（ADS，Advanced Design System）软件，结合无源电路设计向导工具，高效设计出一款具中心频率3.0 GHz及60 MHz带宽的平行耦合微带线带通滤波器，并通过版图仿真验证其性能，确保设计的可行性和可靠性。

微带线理论简介

微带线是一个重要且复杂的微波传输线组成部分，它由一个宽度为w、厚度为t的中心导带和金属低层构成，机构简单而场分布复杂。微带线上传输的电磁波并非完全TEM波（TEM transverseelectromagnetic），而称为准TEM波。介质基片影响场分布，使其接近TEM波的特性。

平行耦合微带线滤波器设计




本文采用ADS软件中的无源电路设计向导工具，通过理论计算与软件辅助，针对微带线带通滤波器进行设计。设计的目标参数包括：中心频率3.0 GHz，带宽60 MHz，带内衰减小于3 dB，端口反射系数小于15 dB，阻带衰减在频率2.85 GHz和3.15 GHz时大于35 dB。

设计流程与优化

利用传输线理论和微带线原理，本文提出了基于官网电路设计向导工具建立的平行耦合微带线带通滤波器设计方法。设计过程首先根据最优化原则确定微带线顺序的级数，并根据所求的归一化频率点、滤波器阻带衰减参数计算微带线的相关参数值。通过理论与实践结合，精确计算出微带线的宽度（w）、长度（l）和间隙（s）等尺寸，有效缩短设计周期，提高设计的可靠性与效率。

理论图仿真与优化

在原理图设计过程中，通过ADS仿真验证了设计参数的正确性并进行优化，确保了滤波器在特定频率区间内的传输特性满足设计要求。优化主要集中于通带传输衰减和端口反射系数的改善，最终实现了预期的设计指标。

PCB版图仿真与进一步优化

将优化后的原理图模型转换为PCB版图，并进行进一步的仿真验证。考虑到PCB版图仿真中微带线会受到高频效应的影响，如边缘效应和空间能量辐射，从而导致传输损耗增加。经过多次调整和优化，最终的版图仿真结果达到设计预定的性能指标，确保了发射系数的稳定性和完整性。