实验三 射频滤波器实验
一 实验目的
1．掌握射频低通、带通滤波器的工作原理
2．学习使用ADS软件进行滤波器的设计、优化和仿真 3．学会使用AV3620矢量网络分析仪测试滤波器的幅频特性
二 实验原理
1 低通滤波器
集总元件低通原型滤波器是设计微波滤波器的基础。一般低通原型滤波器的两种可行结构如图3-1所示，它是个LC梯型网络，两端各接纯电阻负载，（a）与（b）两电路互为对偶，即串联电感与并联电容存在对换关系。
图3-1 低通原型滤波器的电路
低通原型的频率响应通常有最平坦响应和等波纹响应两种。
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最平坦型滤波器的衰减曲线中没有任何波纹，所以称为最大平滑滤波器，也称巴特沃斯滤波器。其衰减函数为
LA?10lg?1??2?2n? （3-1）
'其中归一化频率??ω'ω1。
等波纹型滤波器的频率响应在通带内有规律性的起伏，且幅度相等，故称为等波纹型，也称为切比雪夫响应。其衰减函数为
22LA?10lg?1??Tn?????? （3-2）
与巴特沃斯低通原型相比较，对于给定的通带衰减和滤波器节数，切比雪夫低通原型的阻带衰减斜率陡峭得多。
2 带通滤波器
发卡式滤波器是半波长耦合微带滤波器的一种变形结构，是把半波长耦合谐振器折合成“U”字形构成的。发卡式滤波器是由若干个发卡式谐振器并排排列组合而成，这些谐振器之间主要是通过其边缘区域的电磁场相互交叉耦合的。因此，这部分区域决定了发卡式滤波器之间的耦合特性和耦合强度。在每个谐振器两臂的开放端，电场强度分布达到最大；而在其两臂的中间部分，磁场强度分布达到最大。如图3-2所示，根据谐振器间的相对位置，发卡式谐振器可以分为四种基本耦合结构：电耦合、磁耦合、第一及第二类混合耦合。图中，a为谐振器臂长，b为臂间距，w为线宽，s为两谐振器间距，d为两谐振器偏移距离。
图3-2 微带型发卡式谐振器的4类基本耦合结构
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对于相同的微带线结构，如果两个谐振器的s和d减小，其耦合性能必定增强。此外，谐振器之间的耦合强度可以通过耦合系数来进行分析。耦合系数越大，耦合性能越强；反之则耦合性能越弱。发卡式谐振器信号源的输入输出方式可采用抽头方式或缝隙耦合方式。
发卡式谐振器的谐振频率主要由以下参数确定：发卡臂长a、线宽w以及两臂之间的距离b。通常取发卡谐振器的臂长约为λg4，λg为微带介质中的带内波长，
?g?cf0?e，f0为所设计的带通滤波器的通带中心频率，f0?f1f2，式中f1和f2为滤波器通带所对应的频率点。
三 实验设备及装置图
本实验主要是通过使用矢量网络分析仪AV3620测试RF带通及低通滤波器的散射参数（S11、S12、S21、S22）来熟悉滤波器的性能。连接图如下，将网络分析仪的1端口接到滤波器的输入端口，将滤波器的输出端口接到网络分析仪的2端口。
实验中使用的低通集总滤波器模块，为11阶电容输入式LC梯形网络；微带带通滤波器模块，为5节发卡式滤波器，信号源输入输出采用抽头线方式，两端接以50欧姆匹配负载。其PCB图分别如下所示。
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四 实验内容及步骤
? 学习使用ADS软件设计滤波器的方法及步骤。
? 使用矢量网络分析仪AV3620测量微波带通和低通滤波器的散射参数。
1. 使用ADS设计滤波器
1.1 低通滤波器
启动ADS进入主窗口，点击File->New Project设置工程文件名称及存储路径，点击Length Unit设置长度单位为毫米，工程文件创建完毕后主窗口中显示出该工程，同时原理图设计窗口打开。ADS的Filter DesignGuide可以快速准确的生成各种滤波器，此处我们用它来设计集总低通滤波器。
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（1）．确定设计指标
切比雪夫型低通滤波器，截止频率450MHz，带内衰减小于1dB,阻带480MHz以上衰减大于20dB。 （2）. 运行设计指导
在原理图窗口点击命令DesignGuide->Filter, 弹出Filter对话框，选择Filter Control Window并点击OK，弹出新窗口Filter DesignGuide，在原理图中放置Smart元件后它将被激活。选择命令View->Component Palette-All或在工具栏中点击Component Palette-All图标
，原理图左侧就会出现Smart元件面板。或者在原理图设计窗口
也可以打开
中选择滤波器设计指导工具栏Smart元件面板。
（3）．放置Smart元件并设计滤波器
? 在原理图左侧的Filter DG工具栏中选择Smart元件放置在原理图中，此时
Filter DesignGuide窗口被激活。点击Filter Assistant标签，设定滤波器的详细参数，包括通带和阻带频率及衰减、滤波器类型、源及匹配负载阻抗等。 ? 设置好滤波器的响应后，点击Redraw观察响应曲线的变化，若达不到指标要求，
可适当更改参数。响应曲线达到指标要求后，点击Design按钮，进行滤波器的自动设计。
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