ADS交互仿真優(yōu)化濾波器設(shè)計(jì)

郭 勇

（中航工業(yè)成飛企業(yè)培訓(xùn)部，四川成都 610092）

微帶濾波器是無線電通信系統(tǒng)中使用最為廣泛的無源器件，它的主要特點(diǎn)是:很小的體積，很輕的重量，并且比較易于集成。濾波器已經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，主要是通過一些經(jīng)驗(yàn)公式和查閱圖表來求得相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，其過程復(fù)雜繁瑣，而且由于體積比較小的關(guān)系，微帶線之間存在電磁耦合，這一點(diǎn)如果忽略，最后加工得到的濾波器電路性能指標(biāo)將不敢保證［1，2］。

運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)能很好地解決這些問題，而且對(duì)于設(shè)計(jì)者來說也變得更加方便。安捷倫公司開發(fā)的ADS軟件是目前最為主流的一款仿真軟件，它可以模擬整個(gè)電路的信號(hào)流動(dòng)，完成電路的設(shè)計(jì)，電磁場(chǎng)的仿真等，而且它的優(yōu)化功能也是非常強(qiáng)大的，可以對(duì)照仿真指標(biāo)不斷優(yōu)化。

本文以一個(gè)濾波器的設(shè)計(jì)為例，介紹了運(yùn)用ADS軟件進(jìn)行電路與電磁場(chǎng)的交互聯(lián)合仿真的方法，并且給出了詳細(xì)的步驟。

1 濾波器的電路設(shè)計(jì)

圖1所示為本次濾波器設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)耦合濾波器。首先在ADS的電路設(shè)計(jì)Schematic窗口利用微帶線模型設(shè)計(jì)電路。濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)為:通帶:8～10 GHz，插損大于 10 dB，帶外抑制在 20 dB，基片材料選取 rogers RO4350，介電常數(shù)為3.66，厚度為0.5 mm。

圖1 濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖

選用合適的微帶線模型構(gòu)造此濾波器，如圖2，設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，由于在電路仿真中的模型都是理想模型，所以優(yōu)化的結(jié)果比較好［3］。

圖2 濾波器的電路設(shè)計(jì)

2 電路與電磁場(chǎng)的交互仿真

電路仿真的結(jié)果很好，但是與實(shí)際情況差別比較大，所以電磁場(chǎng)仿真是很有必要的，進(jìn)入Layout窗口就可以完成這個(gè)工作，但是在Layout中的優(yōu)化與掃參數(shù)仿真都比較麻煩，所以本節(jié)介紹電路與電磁場(chǎng)的交互聯(lián)合仿真。

（1）在Layout窗口中，設(shè)置好基片材料后，執(zhí)行命令:Momentum-Component-Parameters，在彈出窗口中根據(jù)電路仿真中設(shè)置的參數(shù)添加同樣的參數(shù)，包括微帶線的長(zhǎng)度，寬度，縫隙的寬度等，并且注意相互關(guān)系和單位，如圖3。

（2）為電路設(shè)置基本仿真條件，執(zhí)行命令Momentum-Simulation-S-parameters，添加合適的S參數(shù)仿真，如圖4。

圖3 設(shè)置電路參數(shù)示意圖

圖4 S參數(shù)仿真設(shè)置

（3）將電路模型創(chuàng)建為一個(gè)整體的元件，執(zhí)行命令:Momentum-Component-Create/Update，這個(gè)步驟是將電路的物理模型創(chuàng)建為可以調(diào)用的元件，是電路與電磁場(chǎng)交互仿真的關(guān)鍵步驟。

（4）新開一個(gè)Schematic窗口，在工具條下的Component Library中，可以看到一個(gè)Projects的選項(xiàng)，右邊的元件列表中可以看到剛剛創(chuàng)建的元件，名稱就是文件名。

圖5 選取創(chuàng)建元件示意圖

（5）選取元件，添加S參數(shù)仿真的端口，就可以進(jìn)行仿真了。在仿真的時(shí)候，程序會(huì)自動(dòng)調(diào)用電磁場(chǎng)仿真模式，所以仿真結(jié)果和電磁場(chǎng)仿真是一致的。

圖6 電路與電磁場(chǎng)交互仿真示意圖

這種交互聯(lián)合仿真的方法還有其它很多的便利，如圖6，將尺寸的值用可變的參數(shù)代替，這樣就可以像電路仿真一樣進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)然電磁場(chǎng)仿真會(huì)使得優(yōu)化的時(shí)間比較長(zhǎng)。

通常，通過電路的仿真可以看出改變某些尺寸參數(shù)對(duì)電路的影響，所以在交互仿真的時(shí)候可以添加參數(shù)掃描控件，對(duì)敏感的參數(shù)在一定值的范圍內(nèi)按較小的步進(jìn)掃描，得到一組曲線，如圖7對(duì)某一參數(shù)掃描的結(jié)果，可以根據(jù)結(jié)果選擇合適的尺寸大小。

圖7 對(duì)某一參數(shù)掃描的結(jié)果對(duì)比

按照這種方法，可以逐步確定各個(gè)尺寸，得到最終的仿真結(jié)果如圖8。

圖8 對(duì)應(yīng)濾波器最終的仿真結(jié)果

3 結(jié)束語

濾波器的設(shè)計(jì)與仿真是學(xué)習(xí)微波通信的基礎(chǔ)，電路與電磁場(chǎng)的交互聯(lián)合仿真可以更有效地完成這一過程，而且對(duì)于優(yōu)化和參數(shù)掃描也很方便，運(yùn)用這個(gè)過程也可以得到很好的結(jié)果。

［1］David M Pozar.微波工程［M］.張肇儀，周樂柱，吳德明，等譯.北京:電子工業(yè)出版社，2002:359-374.

［2］Ludwig R，Bretchko P.射頻電路設(shè)計(jì)——理論與應(yīng)用［M］.王子宇，張肇儀，徐承和，等譯.北京:電子工業(yè)出版社，2002:169-174.

［3］周正，宋宇飛.利用ADS中的濾波器向?qū)Чぞ咴O(shè)計(jì)微帶線濾波器計(jì)［J］.山西電子技術(shù)，2010（1）:35-36.