论文总字数：25015字

摘 要

低通滤波器作为一种最基础的滤波器，它的特性为：低频信号可以顺利经过，然而相比较于设定临界值要高的高频信号会被阻断或者削减。别的一些滤波器：高通、带通以及带阻等滤波器相比较于低通滤波器大都因为通频带不同，都能够以低通滤波器的本型为基础进行一定程度上的转换。一般情况下低通滤波器有两种日常模型：巴特沃兹滤波器（还叫最大平坦滤波器）、切比雪夫滤波器，这回设计是以巴特沃兹低通滤波器本型作为基础进行一定程度上的设计获取的；微带线是传输线，同时为电路元件，它于微波电路里的功能和波导以及同轴线等形式传输线不存在本质的差异，为一种微波形式的传输线，涵盖几类类型，譬如平行线形式、同轴线形式、波导形式、带状线形式和微带线形式等。然而微带电路一般情况下的体积都相对而言比较小，轻重量、宽频带、低成本等众多优势，最近几年获取了分外广阔的实际应用；微带滤波器一般情况下都为一种微波滤波器，如今微波滤波器早已变作一类不可或缺的微波原件，它具备分外复杂多样的种类，本次实验使用ADS2019设计并仿真微带线低通滤波器。

本文通过研究大量相关文献，熟悉相关课程知识，理解课题的深刻意义，对几类日常低通滤波器设计原型展开反反复复的比较研究，最终以巴特沃兹低通滤波器模型作为基础，对一类微带线低通滤波器进行了设计，巴特沃兹低通滤波器一般情况下具备独特的振幅特性：通带内大平坦，同时它与频率呈现反比例关系，随其升高而下降，通带与阻带具备相对而言比较良好的近似性，具备相对而言比较陡的过渡带，是本次理想的实验模型，建模后采用ADS2019软件进行电路设计与仿真，在结果较为理想的情况下再进行优化调试，确保实验结果不止达到设计预期，更要接近最优的性能条件。

关键词：微带线；低通滤波器；ADS2019

Microstrip low-pass filter based on ADS

Abstract

The low-pass filter is one of the most basic filters, whose trait is to make low frequency pass smoothly but to weaken or even block high frequency over set critical value. Contrast to low-pass filters, other filters like high-pass, band-pass and band-suppression ones can make translations based on the low-pass filter’s prototype to some extent. Generally, the low-pass filter has two common sorts, the Butterworth filter and the Chebyshev filter. This design used the Butterworth filter as its foundation. As both the transmission line and a circuit element, the microstrip is not essentially different from microstrip circuit functions, the waveguide, the coaxial line and other transmission lines. However, microstrip circuits are small in size in general. Their advantages of light weight, wide frequency band and low cost have considerably boosted their uses in practice. In most time, the microstrip filter belongs to the microwave filter. With varied kinds, today, the microstrip filter has already become a key part of microwave elements. This design used ADS2019 to construct and simulate the microstrip low-pass filter.

The research studies quantities of related essays, learns relevant curriculum knowledge and comes to comprehend its profound meaning. After repeatedly comparing and researching the design prototypes of several daily low-pass filters, the Butterworth low-pass filter is finally chosen as the foundation to assist designing the microstrip low-pass filter. Generally, the Butterworth filter has its special amplitude feature, that is the passband is rather flat and inversely proportional to the frequency; meanwhile, the passband and the stopband are pretty similar, and it has relatively steep transition band; therefore, it’s the ideal model of this research. After modeling, the software ADS2019 was used to construct and simulate the circuit, which has been adjusted and optimized with ideal outcomes to make sure that the result of this experiment not only reaches the set target but also approach the optimum.

Keywords: low-pass filter, Microstrip, ADS2019

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 滤波器的简单介绍 1

1.2 微带电路的简单介绍 1

1.3 论文研究基本工作 1

第二章 滤波器运行原理 3

2.1 设计滤波器原则简述 3

2.2 低通滤波器 3

2.2.1 幅频特性 3

2.2.2 基本技术参数 4

2.3 巴特沃斯型滤波器 5

2.3.1 衰减特征 5

2.3.2 滤波器的阶数 6

2.3.3 传输衰减函数 7

2.3.4 滤波器低通电路介绍 8

第三章 微波网络基础 10

3.1 传输线理论 10

3.1.1 微带线的损耗 10

3.1.2 微带线结构 11

3.2 特性阻抗以及相速 11

3.2.1 求解微带线特征阻抗 12

3.2.2 求微带线电长度 13

3.2.3 计算微带线的线长与线宽 14

3.3 微波网络散射矩阵 15

第四章 设计与仿真 17

4.1 建立电路图 17

4.1.1 主要控件 17

4.1.2 设计电路图 18

4.2 设置仿真参数以及对原理图进行仿真 18

4.2.1 设置仿真参数 18

4.2.2 仿真原理图 19

4.3 优化滤波器 20

4.3.1 优化滤波器电路参数 20

4.3.2 优化仿真结果 22

4.3.3 获取微带滤波器版图 23

第五章 总结与反思 25

致 谢 26

参考文献 27

绪 论

1.1 滤波器的简单介绍

要了解本次课题所要设计的射频滤波器，首先要了解模拟滤波器，模拟滤波器本质上是一个频率选择电路，其主要是用在放大或衰减单一的频率成分的正弦信号或信号频谱的一部分。正弦信号被放大或者通过以后没有发现明显的衰减的频率范围被定义为通带，而正弦信号另一部分即被严重衰减的那一段频率范围被定义为阻带。所要求的放大或者衰减的最大值抑或是最小值，还有相对应的通带和阻带的截至频率等，被称做技术指标^[[1]]。而射频滤波器是一个二端口网络，它是在通带的范围内来保证信号的传输，并在阻带范围内提供衰减特性，目的是为了用来控制微波系统中某一处的频率响应。信号通过网络以后，在另一个端口的负载上吸收的功率谱就不再是均匀的了，简单来讲，如果说网络具备了频率选择性，意味着这就算做是一个滤波器。

滤波器的基础是谐振电路，也是一个二端口网络，对于通带内的频率信号表现出匹配特性，而对阻带频率段的频率信号丢失掉匹配特性，从而造成发射损耗，这样就实现信号频率的过滤功能了。

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