一种基于ADS的发夹型带通滤波器设计

罗时书+朱彩霞+潘汉坏

摘要：发夹型微带带通滤波器具有工作性能稳定，体积小等特点，所以它广泛地应用在射频/微波系统电路中。本文首先介绍了发夹型微带滤波器的设计原理，然后利用 ADS（Advanced Design System）软件研究设计了一种抽头式发夹型微带带通滤波器，并用ADS对设计的滤波器进行了优化仿真，得到了满足设计目标的版图仿真结果，论证了设计理论的正确性。和传统滤波器的设计方法相比，该方法的运用降低了电路设计的工作量，缩小了产品设计周期，提升了器件的性能，它对实际工程中设计微带滤波器有着很大的实用价值。

关键词：ADS；发夹型优化

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0225-02

滤波器的主要作用是用于隔离频率，让需要的频率信号通过，将不需要的频率信号虑除。滤波器是射频收发端系统广泛使用的一个无源器件，它的性能好坏会直接决定系统性能指标能否实现。射频和微波电路中使用最多的就是微带线滤波器。微带滤波器一般有平行耦合微带滤波器，交指滤波器和发夹型滤波器等。本文就是设计一个发夹型微带带通滤波器。

1 发夹型带通滤波器的设计方法

发夹型微带带通滤波器结构比较紧凑，它可以由半波长谐振单元和平行耦合线弯成“U”型结构得到，我们称此类[“U”]型谐振电路为发夹谐振。所以发夹滤波器的设计也可采用平行耦合线滤波器或半波长谐振滤波器的设计方程。但是弯曲成“U”型的谐振器也得考虑到耦合线长度的减少量，因为它会降低谐振器之间的耦合。倘若两个发夹臂之间的距离靠得非常近，那么它们本身也能够等效为一组耦合线，这会在一定程度上影响到电路的耦合。为了提高发夹滤波器设计的精确性，将采用一种全波EM仿真的设计形式。

发夹微带线线宽一般取1mm，“U”型臂间距取2mm，由上式可以算出输入端和输出端的抽头位置t为5.44mm，由抽头线的终端匹配阻抗50Ω可以得到抽头线的宽度为1.81mm，由耦合系数M1，2和M2，3和两个相邻发夹的间距s1和s2，s1约为0.25mm，s2约为0.45mm（该图是通过ful1-wave EM仿真求得）。

绘制ADS发夹线带通滤波器原理图，设置参数，开始电路仿真、参数优化。优化后的原理电路如图1，优化后仿真曲线图如图2。

因为原理图仿真是在理想情况下进行的，它没有将电路板实际制作中可能遇到的各种耦合、干扰等因素考虑进来，所以想要使仿真结果更加精确，就有必要在ADS中再进行版图仿真。在整个ADS仿真过程中，可能会出现原理图仿真曲线符合要求，版图仿真曲线却偏离指标要求的情况，这种情况下就需要回到原理图中依据版图仿真曲线和指标要求的差别来调整参数，这样多次调整参数，直到满足指标要求为止。经过多次的调参优化后，最终得到了满足指标要求的发夹型滤波器版图如图3，曲线图如图4及优化后尺寸数据如表1。

3 结束语

从发夹型微带滤波器电路仿真过程可以发现，ADS软件极大的便利了微波电路设计。通过ADS设计、仿真，我们发现只进行原理图仿真是不够的，还需要对微带带通滤波器进行版图仿真，直至其仿真取得理想的仿真效果。虽然软件仿真不能替代实物制作，但是版图仿真的尺寸和实物尺寸无限接近，所以它对微波电路分析具有很重要的指导作用。ADS软件的使用，極大地缩短了设计周期，提高设计效率。

参考文献：

[1] JIA-SHENG HONG，M. J. LANCASTER.Microstrip Filtersfor RF/MicrowaveApplications，JOHN WILEY & SONS， INC，2001.

[2] 黄玉兰.ADS射频电路设计基础与典型应用[M].人民邮电出版社，2010.

[3] 甘本拔，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].科学出版社，1974.

[4] LUDWIG R，BRETCHKO P，王子宇，张肇仪，等.射频电路设计--理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.