Ansoft-Designer中滤波器的设计解读课件

Ansoft Designer 微带低通滤波器设计 武汉凡谷电子技术有限公司2024/6/171 Ansoft Designer 微带低说 明Asoft designer中的滤波器设计功能可以实现低通、高通、带通、带阻滤波器的设计，实现方式可以有：微带线、同轴线、理想集总参数电路、理想分布参数电路、含有单位元件的电路等形式。逼近函数可以选用车比雪夫函数、贝赛尔函数、椭圆函数等。这里将要介绍的是用车比雪夫多项式逼近的微带低通滤波器的设计，其它滤波器的设计方法可依此得出。2024/6/172说 明Asoft designer中的滤波器设计功能创 建 项 目在在filesave as中把中把该项目另存为该项目另存为ms_lp点击该图标，点击该图标，新建一个项目新建一个项目2024/6/173创 建 项 目在filesave as中把该项目另存为m打开滤波器设计工具点击该图标，或者从点击该图标，或者从Projectinsert filter design进入滤波器设计窗口进入滤波器设计窗口设计完成后将直接在项目下建立一个顶端文件，设计完成后将直接在项目下建立一个顶端文件，该文件不属于任何的父文件，为独立设计。该文件不属于任何的父文件，为独立设计。2024/6/174打开滤波器设计工具点击该图标，或者从设计完成后将直接在项目下滤波器设计属性（1）Passband中可选择滤波器通带类型。中可选择滤波器通带类型。Topology中可选则滤波器的布局方式，对于低通滤波器其布局方式有：中可选则滤波器的布局方式，对于低通滤波器其布局方式有：理想集总、理想分布、含有单位元件的集总、含有单位元件的分布、分支线传输线结构、理想集总、理想分布、含有单位元件的集总、含有单位元件的分布、分支线传输线结构、高低阻抗线以及宽带低通结构。我们选用高低阻抗线设计（葡萄串或者糖葫芦式）高低阻抗线以及宽带低通结构。我们选用高低阻抗线设计（葡萄串或者糖葫芦式）Approximation中包含了可选用逼近函数，通常我们选用车比雪夫多项式（中包含了可选用逼近函数，通常我们选用车比雪夫多项式（Chebysheve）。）。在在Prorotype中提供了两种设计方式：中提供了两种设计方式：固定传输线的特性阻抗，设计传输线长度；固定传输线电长度，设计其特性阻抗。在实际固定传输线的特性阻抗，设计传输线长度；固定传输线电长度，设计其特性阻抗。在实际 设计中常常是固定了传输线的特性阻抗进行设计。设计中常常是固定了传输线的特性阻抗进行设计。Technology中可以选择滤波器的实现方式，对于我们的设计，有下列方式可供选择：中可以选择滤波器的实现方式，对于我们的设计，有下列方式可供选择：理想传输线、带状线、微带线、悬置微带线、矩形棒、中心导带为圆棒的带状线和同轴线。理想传输线、带状线、微带线、悬置微带线、矩形棒、中心导带为圆棒的带状线和同轴线。点击点击Next2024/6/175滤波器设计属性（1）Passband中可选择滤波器通带类型。滤波器设计属性（2）点击该图标查看滤波器平面图点击该图标查看滤波器平面图点击该图标查看说明文档点击该图标查看说明文档点击该图标查看原理图点击该图标查看原理图点击该键打开软件点击该键打开软件自带的设计例子自带的设计例子点击该键打开点击该键打开以前的设计以前的设计点击该键改变设点击该键改变设计中用到的单位计中用到的单位在该选项中改变设计初始值以及设计目标在该选项中改变设计初始值以及设计目标在这里可以设置设计中的在这里可以设置设计中的Q值值在设计的时候往往不需要改在设计的时候往往不需要改变默认值，而直接进行设计变默认值，而直接进行设计点击点击NEXT2024/6/176滤波器设计属性（2）点击该图标查看滤波器平面图点击该图标查看滤波器规格设置*如图输入规格数据。在窗口的右边部分可如图输入规格数据。在窗口的右边部分可以查看该数据的理论设计结果。以查看该数据的理论设计结果。*Order为滤波器节数；为滤波器节数；Ripple为理论带内损为理论带内损耗；耗；Fp1为带边频；为带边频；Source/Load，Rs为源为源/负载的特性阻抗值（常用负载的特性阻抗值（常用50ohms)；Elect.Lng为电长度；为电长度；High/Low Zo为高为高/低阻抗线特性阻抗。低阻抗线特性阻抗。*注意选择注意选择Optimize passband corner 该项确保设计结果最接近所需要的结果。该项确保设计结果最接近所需要的结果。*设计结果并不能总是完全符合设置的要求，设计结果并不能总是完全符合设置的要求，比如带边频不能正好是在比如带边频不能正好是在2Ghz上，这就需要上，这就需要 用户在设计中调整，或者重新设定用户在设计中调整，或者重新设定f1。点击点击NEXT2024/6/177滤波器规格设置*如图输入规格数据。在窗口的右边部分可以查看该结构属性设置在结构属性设置窗口中，可以在结构属性设置窗口中，可以设定所选用的结构（这里是微设定所选用的结构（这里是微带线）参数，这些参数包括：带线）参数，这些参数包括：介质板的介电常数、介质板厚介质板的介电常数、介质板厚度、金属导带厚度、滤波器腔度、金属导带厚度、滤波器腔体高度以及前面设置的带边频体高度以及前面设置的带边频*如图输入数据，可见在如图输入数据，可见在VARIABLES中中W10.5004mm；W210.03mm 这是高低阻抗线的宽度，另外有一项这是高低阻抗线的宽度，另外有一项W30.3878mm为高阻线宽度，就是为高阻线宽度，就是说在所设计的滤波器中有两种宽度的高阻线。说在所设计的滤波器中有两种宽度的高阻线。*当结构属性改变时，高低阻抗线的宽度也将随之改变，若要得到满足要求当结构属性改变时，高低阻抗线的宽度也将随之改变，若要得到满足要求的宽度，可在前一步的规格设置中重新设置高低阻抗线的特性阻抗，直到的宽度，可在前一步的规格设置中重新设置高低阻抗线的特性阻抗，直到满足要求为止。满足要求为止。点击点击Next2024/6/178结构属性设置在结构属性设置窗口中，可以设定所选用的结构（这里设 置 完 成设置完成后将出现此窗口，在窗口的左设置完成后将出现此窗口，在窗口的左部分有两排图标，其中左边一排分别是：部分有两排图标，其中左边一排分别是：原理图、波形图、平面视图、文本说明、原理图、波形图、平面视图、文本说明、元件特性，元件参数（长度）、耦合线元件特性，元件参数（长度）、耦合线参数（本例中没有耦合线）。参数（本例中没有耦合线）。查看原理图时，右边竖排图标才有意义，查看原理图时，右边竖排图标才有意义，其作用分别为：在原理图上不显示任何数其作用分别为：在原理图上不显示任何数据、显示参数类型、显示参数数值、显示据、显示参数类型、显示参数数值、显示数值以及单位、同时显示参数类型数值和数值以及单位、同时显示参数类型数值和单位。单位。点击点击“完成完成”2024/6/179设 置 完 成设置完成后将出现此窗口，在窗口的左部分有两排图把原理图转换成结构图点击该图标把原理图转换成物理参数电路点击该图标把原理图转换成物理参数电路可从可从filterexportphysical circuit进入进入 点击该图标把原理图转换成理想参数电路点击该图标把原理图转换成理想参数电路可从可从filterexportphysical circuit进入进入 我们这里把原理图转换成物理电路我们这里把原理图转换成物理电路注意，有些原理图是不能转换成物理模型的，在设计时应当注意。注意，有些原理图是不能转换成物理模型的，在设计时应当注意。这种情况可能发生于：这种情况可能发生于：1 设置错误。在设定高设置错误。在设定高/低阻抗值时，本软件对于一个特定的低阻抗值时，本软件对于一个特定的 结构有高阻上限和低阻下限，超过限制的设置将出现错误结构有高阻上限和低阻下限，超过限制的设置将出现错误 2 软件本身不支持该结构的物理模型。这是无法根改的，对软件本身不支持该结构的物理模型。这是无法根改的，对 于这些模型用户只能得到其理想结构。于这些模型用户只能得到其理想结构。这时候物理模型图标变为灰色。这时候物理模型图标变为灰色。2024/6/1710把原理图转换成结构图点击该图标把原理图转换成物理参数电路点击*错误设置示例 错误提示栏错误提示栏在这里我们把高阻线的阻抗在这里我们把高阻线的阻抗值设为值设为250ohms则在结构设则在结构设置窗口中将出现错误提示，置窗口中将出现错误提示，因为此时的高阻线已经超出因为此时的高阻线已经超出了该结构的上限。了该结构的上限。此时此时VARIABLES中显示的变中显示的变量数值是不准确的。量数值是不准确的。2024/6/1711*错误设置示例 错误提示栏在这里我们把高阻线调 整 电 路（1）右键点击项目窗口中的电路图标，右键点击项目窗口中的电路图标，在下拉列表中选择在下拉列表中选择Rename，把把电路重命名为电路重命名为ms_lp。点击该图标，将显示电路的平面版图点击该图标，将显示电路的平面版图请随时保存文件请随时保存文件2024/6/1712调 整 电 路（1）右键点击项目窗口中的电路图标，在下拉列表调 整 电 路（2）可见所得到的物理结构并不是我们实际设计中的结构，可见所得到的物理结构并不是我们实际设计中的结构，因此我们要对版图进行调整，以符合实际的电路结构。因此我们要对版图进行调整，以符合实际的电路结构。左键该图标切换到平面版图模式左键该图标切换到平面版图模式 2024/6/1713调 整 电 路（2）可见所得到的物理结构并不是我们实际设计中调 整 电 路（3）我们先来看看电路中阻抗我们先来看看电路中阻抗变换器的结构。在元件属变换器的结构。在元件属性中点击性中点击Info.的的Value就可以打开该元件的说明就可以打开该元件的说明这里的这里的D在电路中为在电路中为w30mm我们只要把我们只要把w3设为一个合适的设为一个合适的数值，以使高阻线的位置在低数值，以使高阻线的位置在低阻线位置的中间就可以了，我阻线位置的中间就可以了，我们令们令w34.75mm。2024/6/1714调 整 电 路（3）我们先来看看电路中阻抗变换器的结构。在元调 整 电 路（4）另外，我们还要在滤波器两端各接上一段另外，我们还要在滤波器两端各接上一段50ohms的微带线，以保证端口匹配。如图的微带线，以保证端口匹配。如图选中的元件。其中阻抗变换器选中的元件。其中阻抗变换器w1w1，w2w02mm，w34.75mm；50ohms线线的的ww0，p5mm。Circuit-design properties-local variable 设置变量的值设置变量的值2024/6/1715调 整 电 路（4）另外，我们还要在滤波器两端各接上一段50调 整 电 路（5）点击该图标把版图重新排列，可见点击该图标把版图重新排列，可见更改后的结构符合实际设计要求更改后的结构符合实际设计要求2024/6/1716调 整 电 路（5）点击该图标把版图重新排列，可见更改后的结运算，创建报告（1）左键该图标进行运算左键该图标进行运算 左键该图标绘制直角坐标系下的曲线左键该图标绘制直角坐标系下的曲线请随时保存文件请随时保存文件2024/6/1717运算，创建报告（1）左键该图标进行运算 左键该图标绘制直角坐创建报告（2）选择选择S Parameter，在在Quantity中选择中选择S11和和S12，Function选择选择dB点击点击Add Trace，Done完成。完成。2024/6/1718创建报告（2）选择S Parameter，在Quantity查 看 报 告（1）曲线图中右键点击任意位置，在曲线图中右键点击任意位置，在弹出的菜单中选则弹出的菜单中选则Data Marker对曲线进行标点。对曲线进行标点。2024/6/1719查 看 报 告（1）曲线图中右键点击任意位置，在弹出的菜单中查 看 报 告（2）移动指针的位置或者用键盘的方向键移动指针的位置或者用键盘的方向键移动标点的位置，在需要加标点的地移动标点的位置，在需要加标点的地方，点击鼠标，加入标点（用键盘的方，点击鼠标，加入标点（用键盘的上、下方向键选择曲线）最多可加入上、下方向键选择曲线）最多可加入5个标点。个标点。标点的数值将在曲线图的下方显标点的数值将在曲线图的下方显示。可见该设计的带边频为示。可见该设计的带边频为2.16Ghz，同时还有该设计的带同时还有该设计的带外抑制、谐波以及回波情况。外抑制、谐波以及回波情况。因为我们在前面已经对电路进行了因为我们在前面已经对电路进行了一些修改，所得的波形与设计波形一些修改，所得的波形与设计波形有较大偏差，带边频明显偏高。因有较大偏差，带边频明显偏高。因此我们需要对电路优化和调试。此我们需要对电路优化和调试。2024/6/1720查 看 报 告（2）移动指针的位置或者用键盘的方向键移动标点查看设计参数点击菜单中的点击菜单中的circuit，选择选择Design Prorerties，弹出图弹出图中的属性对话框。中的属性对话框。在在Local 对话框中，选择对话框中，选择Value，改变改变w10.5mm，w210mm，w40.4mm以以满足结构参数。满足结构参数。2024/6/1721查看设计参数点击菜单中的circuit，选择Design P优 化 设 置（1）选择选择Optimization选项，把选项，把p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7设为优化变量。设为优化变量。点击点击“确定确定”2024/6/1722优 化 设 置（1）选择Optimization选项，把p1 优 化 设 置（2）点击该图标弹出优化窗口点击该图标弹出优化窗口 点击点击Add添加优化添加优化点击点击Delete删除选定的优化删除选定的优化点击这里添加优化函数点击这里添加优化函数点击这里添加优化范围点击这里添加优化范围点击这里添加优化目标和权重点击这里添加优化目标和权重所有的需要输入的内容都可以在所有的需要输入的内容都可以在相应栏中直接输入。相应栏中直接输入。如图设置优化参数，点击如图设置优化参数，点击“确定确定”2024/6/1723 优 化 设 置（2）点击该图标弹出优化窗口 点击开 始 优 化在项目管理窗口中右键点击在项目管理窗口中右键点击optimizationsetup1选择选择Analyze，开始优化。开始优化。请随时保存文件请随时保存文件2024/6/1724开 始 优 化在项目管理窗口中右键点击optimizatio查看优化结果在优化过程中，曲线将随之变化在优化过程中，曲线将随之变化对比优化前后的曲线图，可见，优化后的结果也对比优化前后的曲线图，可见，优化后的结果也不理想，因此，有必要对设计进行手动调节不理想，因此，有必要对设计进行手动调节2024/6/1725查看优化结果在优化过程中，曲线将随之变化对比优化前后的曲线图 参 数 调 节（1）在元件属性对话框中，选在元件属性对话框中，选中中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7作为调试变量。作为调试变量。2024/6/1726 参 数 调 节（1）在元件属性对话框中，选中p1、p2、p参 数 调 节（2）点击该图标，弹出下图所示的对点击该图标，弹出下图所示的对话框，该对话框中列出了上一步话框，该对话框中列出了上一步设置为可调试调试的所有变量。设置为可调试调试的所有变量。调节每个变量对应的滑块位置或者直接在中间的数调节每个变量对应的滑块位置或者直接在中间的数据栏中输入数值，点击对话框左部分的据栏中输入数值，点击对话框左部分的Tune就可以就可以调试，调试结果将在曲线图即时显示。调试，调试结果将在曲线图即时显示。每个参量对话框中的上下数据栏里的数据分别为调每个参量对话框中的上下数据栏里的数据分别为调试的上下限。可在元件属性列表里改变，也可以在试的上下限。可在元件属性列表里改变，也可以在这里改变，这里改变的数值将不改变元件属性列表这里改变，这里改变的数值将不改变元件属性列表里的上下限。里的上下限。2024/6/1727参 数 调 节（2）点击该图标，弹出下图所示的对话框，该对话调 试 结 果调试后的参数为：调试后的参数为：P13.3mm，p24.1mm，p312.1mm，p46.2mm，p512.6mm，p66.7mm，p712.9mm注意，调试结果因人而异，没有准确的标准注意，调试结果因人而异，没有准确的标准经过调试以后，仿真波形满足设计要求。经过调试以后，仿真波形满足设计要求。请随时保存文件请随时保存文件2024/6/1728调 试 结 果调试后的参数为：注意，调试结果因人而异，没有准查 看 数 据打开打开CircuitDesign Properties可打元件属性列表，可查看最终的元可打元件属性列表，可查看最终的元件参数值。件参数值。2024/6/1729查 看 数 据打开CircuitDesign Proper同轴低通滤波器的设计2024/6/1730同轴低通滤波器的设计2023/8/930 滤波器指标：f02GHZ IL14.53488455002024/6/1740比较转换后的阻抗双击转换后的元件，可以看到转换后的每个元件数按照新阻抗设计低通重新设置高低阻抗分别为重新设置高低阻抗分别为500 14.5348842024/6/1741按照新阻抗设计低通重新设置高低阻抗分别为2023/8/941完成设计转换电路结构：可以看到转换后得的电转换电路结构：可以看到转换后得的电路特性阻抗满足我们的要求，第一段为路特性阻抗满足我们的要求，第一段为5 低阻线第二段为低阻线第二段为172 高阻线。高阻线。2024/6/1742完成设计转换电路结构：可以看到转换后得的电路特性阻抗满足我们电路实现把原理图转换成电路图，得到以上结构。把原理图转换成电路图，得到以上结构。*注意，同轴线的结构不能转换成注意，同轴线的结构不能转换成物理结构电路图，但前面的设计根据物理结构得出特性阻抗，该阻抗值即对物理结构电路图，但前面的设计根据物理结构得出特性阻抗，该阻抗值即对应同轴线实际尺寸，因此不需要考虑具体的结构，只需要得到对应的高低阻应同轴线实际尺寸，因此不需要考虑具体的结构，只需要得到对应的高低阻抗线长度就可以了。抗线长度就可以了。2024/6/1743电路实现把原理图转换成电路图，得到以上结构。*注意，同轴线的查看波形可见该设计的结果已经可以满足电器指标可见该设计的结果已经可以满足电器指标用参数调节改变参数大小使每节的长度用参数调节改变参数大小使每节的长度可实现，并且保证总长不超过要求。可实现，并且保证总长不超过要求。当电器指标已经高于所希望的指标，则可以当电器指标已经高于所希望的指标，则可以考虑减少节数，以缩短总长；同样也可以放考虑减少节数，以缩短总长；同样也可以放宽带边频达到缩短总长的目的。宽带边频达到缩短总长的目的。2024/6/1744查看波形可见该设计的结果已经可以满足电器指标用参数调节改变参调节结果调节后的波形如下，在这里把带边频提高到调节后的波形如下，在这里把带边频提高到2.24GHZ并且在并且在3GHZ处抑制为处抑制为-54.88dB。注意：你用了几节低阻线就应该在波形中注意：你用了几节低阻线就应该在波形中出现几个驻波腔位，这样才能使带外抑制出现几个驻波腔位，这样才能使带外抑制更理想。本例中使用了更理想。本例中使用了7节低阻线，因此节低阻线，因此在驻波中可以看到在驻波中可以看到7个腔位。个腔位。2024/6/1745调节结果调节后的波形如下，在这里把带边频提高到2.24GHZ设 计 结 束武汉凡谷电子技术有限公司2024/6/1746设 计 结 束武汉凡谷电子技术有限公司2023/8/946