5.5.2 设计集总参数带通滤波器
对于实际的集总参数带通滤波器，集总参数元件之间需要有传输线连接，由于分布参数的影响，传输线会对滤波器的技术指标有影响，因此需要考虑加入传输线后滤波器的设计情况。
1. 设计指标
（1）带通滤波器的中心频率为150MHz
（2）通带频率范围为14OMHz到160MHz
（3）通带内最大衰减为3dB
（5）在2OOMHz时, 衰减大于30dB
（6）特性阻抗选为50Ω
（7）微带线基板的厚度选为1mm，基板的相对介电常数选为4.2
（8）连接集总参数元件的微带线，长选为4mm宽选为1.5mm
（9）连接集总参数元件的弧形微带线，半径选为2.5mm，宽选为1.5mm
2．创建一个原理图视窗
在工作空司q510中创建一个原理图视窗e2。
3. 设计原理图
在原理图e2视窗中，根据图5.92搭建带通滤波器原理图电路。其中，电感和电容之间由微带线连接。
（1）设置微带线参数 :在原理图的元件面板列表上，选择微带线TLines-Microstrip元件面板。在微带线元件面板上，选择MSUB插入原理图的画图区，对微带线参数设置如图5.95所示。
图5.95 微带线参数设置
（2）搭建电感和电容的串联电路 :
①在微带线元件面板上，选择微带线MLIN插入原理图的画图区，共插入3次MLIN微带线，将3个MLIN微带线都设置为W=1.5mm和L=4mm。
②在原理图的元件面板列表上，选择集总参数元件Lumped-Components。在集总参数元件面板上，分别选择电感L和电容C插入原理图的画图区，将电感L和电容C分别设置为L=397.573nH和C=2.844pF
③单击工具栏中的连线按钮，将电感、电容和3个MLIN连接起来，连接方式如图5.96所示。
图5.96 原理图中电感和电容的串联电路图
（3）搭建电感和电容的并联电路：
①在微带线元件面板上，选择Mcurve插入原理图的画图区，共插入4个Mcurve，将它们都设置为W=1.5mm,Angle=90,
共插入4个Mcurve，将它们都设置为W=l.5mm, Angle=90, Radius=2.5mm
②在微带线元件面板上，选择MTEE插入原理图的画图区，共插入2个MTEE,双击画图区的MTEE,在设置窗口中设置W1=1.5mm,W2= 1.5mm和W3=1.5mm。在工具栏中单击接地按钮，将地线（GROUND）插入原理图，让一个MTEE接地。
③在集总参数元件面板上，分别选择电感L和电容C插入原理图的画图区。打开电感L和电容C的设置对话框，将电感L和电容C分别设置为L=3.555nH和C=318.058pF
④单击工具栏中的连线按钮，将电感、电容、T型结和微带线连接起来，连接方式如图5.97所示。
图5.97 原理图中电感和电容的并联电路
（4）搭建带通滤波器的原理图
①在微带线元件面板上，选择MTEE插入原理图的画图区。MTEE是微带线的T形结。双击画图区的MTEE,在弹出的设置窗口中设置W1=1.5mm,W2=1.5mm和W3=1.5mm
②在微带线元件面板上，选择1个MLIN插入原理图的画图区，将微带线设置为
W=l.5mm和L=4mm
③复制一次图5.96
④单击工具栏中的连线按钮，将前面的原理图连接起来，连接方式如图5.98所示。
图5.98 带通滤波器原理图
（5）带有终端负载的带通滤波器原理图
①选择S参数仿真元件面板，在元件面板上选择负载终端Term,2次插入原理图中，定义负载终端Term1为输入端口，负载终端Tenn2为输出端口。在原理图工具栏中单击接地按钮，让2个负载终端Term接地。
②单击工具栏中的连线按钮，将原理图中的2个负载终端Term和带通滤波器连接起来，连接方式如图5.99所示。
图5.99 有终端负载的带通滤波器原理图
4.原理图仿真
在仿真之前，首先设置S参数仿真控件SP,SP对原理图中的仿真参量给出取值范围。当S参数仿真控件SP确定后，就可以仿真了。
（1）在S参数仿真元件面板上，选择S参数仿真控件SP插入原理图画图区。完成设置的S参数仿真控件如图5.100所示。 
图5.100 带通滤波器的S参数仿真控件图
（2）现在可以对带通滤波器的原理图仿真了。在原理图工具栏中单击仿真按钮，运行仿真，仿真结束后，数据显示视窗自动弹出。
（3）数据显示视窗的初始状态没有任何数据显示，用户自己选择需要显示的数据和数据显示的方式，这里选择的步骤如下。
①在数据显示视窗中，单击数据显示方式面板中的矩形图标，插入数据显示区。
②选择矩形图的横轴为频率，纵轴为用分贝（dB）表示的S21。
③ S21曲线如图5.101所示。比较图5.101与图5.94可以看出，在原理图中添加微带线后，S21曲线发生很大变化。图5.101与图5.94的仿真曲线有差异，需要调整原理图。
5.原理图优化
下面采用优化改变电感和电容的取值，以期达到合格的曲线。在优化与仿真之前，首先需要设置原理图中电容和电感的优化取值范围，然后再添加优化控件和目标控件，当设置完优化控件和目标控件后就可以仿真了。
（1）设置原理图中电感L1的优化取值范围。双击原理图中的电感L1，弹出Edit Instance Parameters(Inductor)窗口，在窗口中单击Tune/Opt/Stat/DOE Setup按钮，打开Setup窗口。在Setup窗口设置如下：
①选择优化Optimization按钮
②在Optimization Status栏选择Enabled
③在Type栏选择Continuous
④在Format栏选择min/max
⑤在Minimum Value栏填入100nH
⑥在Maximum Value栏填入800nH
完成设置的Inductor和Setup窗口如图5.102所示。 
（a）电感设置初始窗口
（b）电感优化取值范围
图5.102 设置原理图中电感L1的优化取值范围
（2）同样设置原理图中电容C1的优化取值范围
①在Minimum Value栏填入0.5pF
②在Maximum Value栏填入8pF
完成设置的Capacitor和Setup窗口如图5.103所示。
（a）电容设置初始窗口
（b）设置电容优化取值范围
图5.103 设置原理图中电容C1的优化取值范围
（3）用同样的方法设置原理图中电感L2、电感L3、电容C2和电容C3的优化取值范围。
优化取值范围如F.
①电感L2在Minimum Value栏填入2nH,在Maximum Value栏填入6nH
②电容C2在Minimum Value栏填入80pF,在Maximum Value栏填入800pF
③电感L3在Minimum Value栏填入100nH,在Maximum Value栏填入800nH
④电容C3在Minimum Value栏填入0.5pF,在Maximum Value栏填入8pF
（4）在原理图的元件面板列表上选择优化Optim/stat/DOE元件面板。在优化元件面板上，选择优化控件Optim插入原理图的画图区；选择目标控件Goal插入原理图的画图区，共插入3个目标控Goal
（5）双击画图区中的优化控件Optim，打开Nominal Optimization窗口，在Nominal Optimization窗口中设置优化控件。设置优化控件的内容如下。
①选择随机Random优化方式
②优化次数选择100次
③其余的选项保持默认状态。
（6）双击目标控件Goal1，弹出Optim Goal Input对话框，设置目标控件Goal1如下。
①选择Expr为dB（S（2,1））。目标控件的期望值为用dB表示的S21
②选择dB（S（2,1））的最小值Min为-3。期望值S21的最小值为-3dB
③选择变量为频率freq
④选择频率扫描范围为140MHz～160MHz
在Optim Goal Input对话框中，Goal Information项的设置如图5.104所示，。Display项的设置如图5.105所示。
图5.104 Goal Information项的设置
图5.105 设置目标控件的Display项的设置
（7）目标控件2的设置如下。
①选择Expr为dB（S（2,1））。选择目标控件的期望值为用dB表示的S21
②选择dB（S（2,1））的最大值Max为-30。期望值S21的最大值为-30dB
③选择变量为频率freq
④选择频率扫描范围为98MHz～1OOMHz
（8）目标控3的设置如下。
①选择Expr为dB（S（2,1））。选择目标控件的期望值为用dB表示的S21
②选择dB（S（2，1））的最大值Max为-30。期望值S21的最大值为30dB
③选择变量为频率如freq
④选择频率扫描范围为200MHz～2O2MHz
（9）原理图中设置完成的优化控料Optim和目标控件Goal如图5.106所示。
图5.106 设置完成的优化控件和目标控件
（10）现在可以对原理图优化了。在原理图的工具栏中，单击优化图标进行优化。优化过程中弹出了Optimization Cockpit窗口，记录了优化的执行情况。优化结束后，单击Optimization Cockpit窗口中的Update Design按钮。优化后的电感和电容值如下。
① L1=238.292nH
② C1=4.84738pF
③ L2=4.65889nH
④ C2=97.4761pF
⑤ L3=204.938nH
⑥ C3=4.88867pF
（11）仿真结束后，数据显示视窗自动弹出。在数据显示视窗用矩形图表示S21曲线，矩形图横轴为频率范围，纵轴是用分贝（dB）表示的S21。单击工具栏中的标记按钮，在曲线1OOMHz、140MHz、160MHz和2OOMHz处各插入一个标记，插入标记的S21曲线如图5.107所示。
图5.107 带通滤波器原理图优化数据
由图5.107可以看出，以上数据满足技术指标。