基于ADS微带耦合滤波器的设计(6)

基于ADS的微带耦合滤波器设计

第四章 电路优化

4.1 优化目标控件

在对滤波器的仿真结果，在数据显示窗口中，观察哪个技术指标没有达到要求，滤波器的中心频率以及通带、租代内的衰减如果没有达到工程设计的要求就选择S11（S22）参数作为优化对象，如果带内驻波没有达到要求，就选择S11（S22）参数作为优化对象。S11（S22）参数表示的是输入输出端口的反射系数，输入输出端的电压驻波比也可以通过对S11（S22）参数的换算得到[25]。倘若反射系数S11（S22)太大，那就表示滤波器的反射损耗太大，从而导致系统的前、后匹配程度比较差，系统性能也受到严重影响而随之下降。

1、选择优化设置控件放置在原理图中，双击该控件设置优化方法及优化次数。

2、常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等[26]。 3、随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。

4、选择优化目标控件Goal放置在原理图中，双击该控件设置其参数。 Expr是优化目标名称，其中dB(S(2,1))表示以dB为单位的S21参数的值； SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1； Min和Max是优化目标的最小与最大值； Weight是指优化目标的权重；

RangeVar[1]是优化目标所依赖的变量，这里为频率freq； RangeMin[1]和RangeMax[1]是上述变量的变化范围。

5、这里总共设置了四个优化目标，前三个的优化参数都是S21，用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况(这里要求通带衰减小2dB，阻带衰减大于40dB)，最后一个的优化参数是S11，用来设定通带内的反射系数(这里要求小于-20dB)。

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图4.1 4个优化目标

6、在优化目标控件GOAL中，应注意控件的Min值和Max值的范围，在第一个GOAL控件中的Min值为-2，中间两个GOAL控件中Max值为-40，第四个GOAL控件中Max值为-20。

图4.2 参数优化后原理图

7、将所有的参数进行优化后保存一下，注意对参数进行的修改。在原理图设计窗口中选择的优化设置控件OPTIM中参数的填写都必须认真、仔细，注意不要出错。

4.2 参数优化

1、点击工具栏中的Simulate按钮就开始进行优化仿真。其中的CurrentEF

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表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示窗口。

2、在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的Simulate->Update Optimization Values保存优化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当前值)，否则优化后的值将不保存。

图4.3 优化目标

3、图为经过数次优化后，CurrentEF的值为0，即为优化结束。优化过程中根据情况可能会对优化目标、优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当的调整。

4.3 观察仿真曲线

4.3.1 原理图

1、优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。方法是点击原理图工具栏中的Deactivate or Activate Components按钮，然后点击优化控件OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉[27]。

2、要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的按钮，然后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能也重新恢复了。

3、对于原理图上其他的部件，如果想使其关闭或开启，也可以采取同样的

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方法。

图4.4 关掉的优化控件后的原理图

4.3.2 原理图的仿真

1、关掉优化控件后的原理图就可以进行仿真了[28]，点击工具栏中的Simulate按钮进行仿真，仿真结束后会出现图形显示窗口。

2、点击图形显示窗口左侧工具栏中的矩形框按钮，放置一个方框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口，在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S11随频率变化的曲线。

3、用同样的方法依次加入S22，S21，S12的曲线，由于滤波器的对称结构，S11与S22，以及S21与S12曲线是相同的。

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图4.5 优化后仿真曲线

4、为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法是点击菜单中的Marker -> New，出现Instert Marker的窗口，接着点击要添加Marker的曲线，曲线上出现一个倒三角标志，点击拖动此标志，可以看到曲线上各点的数值。

5、观察S11(S22)和S21 (S12)曲线是否满足指标要求(包括优化目标中未设定的带内起伏小于1dB的要求)，如果已经达到指标要求，就可以进行版图的仿真了[29]。

4.3.3 平行耦合型滤波器的最终设计参数

1、通过上面的设计步骤，出的平行耦合微带滤波器的最终物理参数线宽W、间距S以及耦合微带线的长度L。

表2 平行耦合微带滤波器的物理参数

TL1 CLin1 0.436582 0.665443 14.2259 CLin2 0.377251 1.88028 13.8181 CLin3 0.588025 2.08175 14.0521 CLin4 0.377251 1.88028 13.8181 CLin5 0.436582 0.665443 14.2259 TL2 1.52 2.5 W 1.52 S L 2.5 2、分析得到设计的滤波器离设计指标有一点的差距。造成误差的原因可能有以下几点：

(1)微带线的尺寸比较小，一般使用mm计量，在设计过程中取到了小数点后4位，但是在实际制作过程中是不可能实现小数点后4位的取值的，对尺寸

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