ADS交互仿真优化滤波器设计

郭 勇

（中航工业成飞企业培训部，四川成都 610092）

微带滤波器是无线电通信系统中使用最为广泛的无源器件，它的主要特点是:很小的体积，很轻的重量，并且比较易于集成。滤波器已经历了长时间的发展，在传统的设计方法中，主要是通过一些经验公式和查阅图表来求得相关设计参数，其过程复杂繁琐，而且由于体积比较小的关系，微带线之间存在电磁耦合，这一点如果忽略，最后加工得到的滤波器电路性能指标将不敢保证［1，2］。

运用仿真软件进行滤波器设计能很好地解决这些问题，而且对于设计者来说也变得更加方便。安捷伦公司开发的ADS软件是目前最为主流的一款仿真软件，它可以模拟整个电路的信号流动，完成电路的设计，电磁场的仿真等，而且它的优化功能也是非常强大的，可以对照仿真指标不断优化。

本文以一个滤波器的设计为例，介绍了运用ADS软件进行电路与电磁场的交互联合仿真的方法，并且给出了详细的步骤。

1 滤波器的电路设计

图1所示为本次滤波器设计的结构，这是一个耦合滤波器。首先在ADS的电路设计Schematic窗口利用微带线模型设计电路。滤波器的设计参数为:通带:8～10 GHz，插损大于 10 dB，带外抑制在 20 dB，基片材料选取 rogers RO4350，介电常数为3.66，厚度为0.5 mm。

图1 滤波器的结构示意图

选用合适的微带线模型构造此滤波器，如图2，设置优化目标进行优化，由于在电路仿真中的模型都是理想模型，所以优化的结果比较好［3］。

图2 滤波器的电路设计

2 电路与电磁场的交互仿真

电路仿真的结果很好，但是与实际情况差别比较大，所以电磁场仿真是很有必要的，进入Layout窗口就可以完成这个工作，但是在Layout中的优化与扫参数仿真都比较麻烦，所以本节介绍电路与电磁场的交互联合仿真。

（1）在Layout窗口中，设置好基片材料后，执行命令:Momentum-Component-Parameters，在弹出窗口中根据电路仿真中设置的参数添加同样的参数，包括微带线的长度，宽度，缝隙的宽度等，并且注意相互关系和单位，如图3。

（2）为电路设置基本仿真条件，执行命令Momentum-Simulation-S-parameters，添加合适的S参数仿真，如图4。

图3 设置电路参数示意图

图4 S参数仿真设置

（3）将电路模型创建为一个整体的元件，执行命令:Momentum-Component-Create/Update，这个步骤是将电路的物理模型创建为可以调用的元件，是电路与电磁场交互仿真的关键步骤。

（4）新开一个Schematic窗口，在工具条下的Component Library中，可以看到一个Projects的选项，右边的元件列表中可以看到刚刚创建的元件，名称就是文件名。

图5 选取创建元件示意图

（5）选取元件，添加S参数仿真的端口，就可以进行仿真了。在仿真的时候，程序会自动调用电磁场仿真模式，所以仿真结果和电磁场仿真是一致的。

图6 电路与电磁场交互仿真示意图

这种交互联合仿真的方法还有其它很多的便利，如图6，将尺寸的值用可变的参数代替，这样就可以像电路仿真一样进行优化，当然电磁场仿真会使得优化的时间比较长。

通常，通过电路的仿真可以看出改变某些尺寸参数对电路的影响，所以在交互仿真的时候可以添加参数扫描控件，对敏感的参数在一定值的范围内按较小的步进扫描，得到一组曲线，如图7对某一参数扫描的结果，可以根据结果选择合适的尺寸大小。

图7 对某一参数扫描的结果对比

按照这种方法，可以逐步确定各个尺寸，得到最终的仿真结果如图8。

图8 对应滤波器最终的仿真结果

3 结束语

滤波器的设计与仿真是学习微波通信的基础，电路与电磁场的交互联合仿真可以更有效地完成这一过程，而且对于优化和参数扫描也很方便，运用这个过程也可以得到很好的结果。

［1］David M Pozar.微波工程［M］.张肇仪，周乐柱，吴德明，等译.北京:电子工业出版社，2002:359-374.

［2］Ludwig R，Bretchko P.射频电路设计——理论与应用［M］.王子宇，张肇仪，徐承和，等译.北京:电子工业出版社，2002:169-174.

［3］周正，宋宇飞.利用ADS中的滤波器向导工具设计微带线滤波器计［J］.山西电子技术，2010（1）:35-36.