5.6.2 平行耦合微带线带通滤波器原理图的设计
1.创建原理图视窗
新建工作空间q511中,创建一个平行耦合微带线带通滤波器的原理图视窗,这个原理图视窗命名为e1。
2.利用ADS的计算工具Tools完成对平行耦合微带线的计算
ADS中的工具Tools可以对不同类型的传输线进行计算,使用者可以利用计算工具提供的图形化界面进行设计。对于平行耦合微带线来说,可以进行电参数和物理尺寸之间的数值计算,若给定平行耦合微带线奇模和偶模的特性阻抗,可以计算平行耦合微带线的物理尺寸。下面利用ADS提供的计算工具,完成对平行耦合微带线的计算。
(1)在原理图视窗e1中,执行菜单命令Tools→LineCalc→Start LineCalc, 弹出LineCalc窗口。
(2)在LineCalc窗口中,将Type项选择为MCLIN,LineCalc窗口中出现平行耦合微带线,如图5.110所示,这是计算平行耦合微带线参数的初始状态。
图5.110 平行耦合微带线计算窗口的初始状态
(3)在LineCalc窗口中,设置如下:
A Er=2.7,表示耦合微带线基板的相对介电常数为2.7
B Mur=1,表示耦合微带线的相对磁导率为1
C H=1mm,表示耦合微带线基板的厚度为1mm
D Hu=1.0e+033mm,表示耦合微带线的封装高度为1.0e+033mm
E T=0.05mm,表示耦合微带线的导体层厚度为0.05mm
F Cond=5.8E+7,表示耦合微带线导体的电导率为5.8E+7
G TanD=0.0003,表示耦合微带线的介质损耗角正切为0.0003
H Rough=0mm,表示耦合微带线表面粗糙度为0mm
I Freq=2GHz,表示计算时采用频率2GHz
J ZE=70.6 ohm,表不偶模的特性阻抗采用70.6Ω
K ZO=39.2 ohm,表示奇模的特性阻抗采用39.2Ω
L E_Eff=90 deg,表示耦合微带线的长度采用90相移
上述设置完成后,单击LineCalc窗口中的Synthesize按钮,在LineCalc窗口中显示出如下的计算结果。
① W=2.063mm,表示平行耦合微带线导体带的宽度为2.063mm
② S=0.267mm,表示平行耦合微带线导体带的间隔为0.267mm
③ L=25.903mm,表示平行耦合微带线的长度为25.903mm
(4)继续使用LineCalc窗口进行计算,需要计算的数据如下。
① ZE=56.6 ohm,表示偶模的特性阻抗采用56.6Ω
② ZO=44.8 ohm,表示奇模的特性阻抗采用44.8Ω
③其余参数不变。
上述设置完成后,单击LineCalc窗口中的Synthesize按钮,在LineCalc窗口中显示出如下的计算结果。
① W=2.530mm,表示平行耦合微带线导体带的宽度为2.530mm
② S=l.114mm,表示平行耦合微带线导体带的间隔为1.114mm
③ L=25.338mm,表示平行耦合微带线的长度为25.338mm
(5)在LineCalc窗口中,将Type项选择为MLIN,LineCalc计算窗口中出现微带线,如图5.111所示。
图5.111 微带线计算窗口
(6)在LineCalc计算窗口中,若已知微带线的特性阻抗,可以计算微带线导体带的宽度。在LineCalc窗口设置如下。
① Er=2.7,表示微带线基板的相对介电常数为2.7
② Mur=1,表示微带线的相对磁导率为1
③ H=1mm,表示微带线基板的厚度为1mm
④ Hu=1.0e+033mm,表示微带线的封装高度为1.0e+033mm
⑤ T=0.05mm,表示微带线的导体层厚度为0.05mm
⑥ Cond=5.8E+7,表示微带线导体的电导率为5.8E+7
⑦ TanD=0.0003,表示微带线的损耗角正明为0.0003
⑧ Rough=0mm,表示微带线表面粗糙度为0mm
⑨ Freq=2GHz,表示计算时采用频率2GHz
⑩ Z0=50 ohm,表示计算时微带线的特性阻抗采用50Ω
上述设置完成后,单击LineCalc窗口中的Synthesize按钮,在LineCalc窗口中显示出如下的计算结果。
① W=2.633mm,表示微带线导体带的宽度为2.633mm
3.设计原理图
在原理图e1中,根据题图搭建平行耦合微带带通滤波器原理图电路。搭建的步骤如下。
(1)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Mcfil,4次插入原理图的画图区。Mcfil是一段长度的平行耦合微带线,可以设置这段平行耦合微带线的导体带宽度W、导体带间隔S和长度L。将4个Mcfil分别设置如下。
① Clin1平行耦合微带线设置为导体带宽度W=2.063mm,导体带间隔S=0.267mm和耦合微带线长度L=25.902mm
② CLin2平行耦合微带线设置为导体带宽度W=2.530mm,导体带间隔S=l.114mm和耦合微带线长度L=25.337mm
③ CLin3平行耦合微带线设置为导体带宽度W=2.530mm,导体带间隔S=l.114mm和耦合微带线长度L=25.337mm
④ CLin4平行耦合微带线设置为导体带宽度W=2.063mm,导体带间隔S=0.267mm和耦合微带线长度L=25.902mm
(2)单击工具栏中的连线按钮,将前面原理图中的4个Mcfil用导线连接起来,连接方式如图5.112所示。
图5.112 原理图中4个Mcfil连接
(3)在微带线元件面板上选择MLIN,2次插入原理图的画图区。MLIN是一段长度的微带线,可以设置这段微带线的宽度W和长度L。将2个MLIN分别设置如下
① TL1微带线设置为宽度W=2.633mm,长度L=5mm
② TL2微带线设置为宽度W=2.633mm,长度L=5mm
(4)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Term2为输出端口。在原理图工具栏中单击接地按钮,将地线(GROUND)插入原理图,让2个负载终端Term接地。
(5)单击工具栏中的连线按钮,将原理图中的负载终端Term和带通滤波器连接起来,连接方式如图5.113所示。
图5.113 带有终端负载的带通滤波器原理图
(6)在微带线元件面板上,选择MSUB插入原理图的画图区。完成设置的微带线MSUB控件如图5.114所示。
图5.114
4.原理图仿真
在仿真之前,首先设置S参数仿真控件SP,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,插入原理图的画图区。设置完成的S参数仿真控件SP如图5.114所示。
(2)现在可以对原理图仿真了。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。
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在S21曲线上插入4个Marker,S21曲线如图5.115所示。
图5.115 平行耦合微带带通滤波器数据显示
(3)由图5.115可以看出,S21曲线在1.7GHz、1,9GHz、2.1GHz和2.3GHz处的值如下。
◆在1.7GHz处,S21的值为-28.874dB
◆在1.9GHz处,S21的值为-0.751dB
◆在2.1GHz处, S21的值为-10.507dB
◆在2.3GHz处,S21的值为-31.881dB
以上数据在阻带1.7GHz和2.3GHz处满足技术指标,在通带处不满足技术指标,需要调整原理图。