一、 UHF带通滤波器设计射频滤波器在无线通信系统中非常重要，起着频段和通道选择的作用，可以滤除谐波，抑制杂散。事实上，RF/微波仿真软件是评估大多数现代滤波器性能的必备工具。美国安捷伦公司开发的大型EDA软件Advanced DesignSystem-ADS就是其中的佼佼者，也是国内高校和科研院所在微波电路和通信系统仿真中应用最广泛的软件之一。本文在理论设计的基础上，利用ADS软件对耦合微带带通滤波器进行优化设计，节省了设计时间，提高了方案设计的准确性和效率。
1、带通滤波器设计-理论设计1.1带通滤波器设计-设计指标耦合微带带通滤波器的设计指标如下：
(1)通带频率范围：902~928 MHz，中心频率915 MHz
(2)带内纹波小于3db；
(3)阻带损耗：850 MHz以下和950 MHz以上衰减大于40db；
(4)带内输入/输出端口的反射系数小于-20 dB。
耦合微带带通滤波器的设计采用FR-4作为基板材料，基板参数为：d=1.6 mm，Er=4.5，tan =0.02，铜导体厚度T=0.035 mm .
1.2带通滤波器设计——理论计算当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件组成，分布参数不仅可以构成低通滤波器，还可以构成带通滤波器和带阻滤波器。平行耦合微带传输线由两条无屏蔽平行微带传输线组成。由于两条传输线之间电磁场的相互作用，两条传输线之间会有功率耦合，所以这条传输线也叫耦合传输线。平行耦合的微带线可以构成一个带通滤波器，由1 4个波长耦合的线段组成，是一种常用的分布参数带通滤波器。当两条无屏蔽传输线靠得很近时，由于传输线之间电磁场的相互作用，传输线之间会产生功率耦合。这种传输线称为耦合传输线。根据传输线理论，每根单独的微带线都相当于一个小的串联电感和一个小的并联电容。每根微带线的特性阻抗为Z0，耦合部分的长度为L，微带线的宽度为W，微带线间的距离为S，偶模特性阻抗为Ze，奇模特性阻抗为Z0。虽然单个微带线单元具有滤波特性，但它不能提供从通带到阻带的陡峭过渡。如果多个单元级联，级联网络可以具有良好的滤波特性。滤波器设计首先要选择合适的低通滤波器原型，滤波器的阶数可以根据在950 MHz的频点上衰减大于40 dB的要求来确定。使用带通滤波器的频率转换公式如下：
为了在低通滤波器原型的相应归一化频率点=2.64处获得40 dB的衰减，并且滤波器的阶数至少为N=4，需要采用五个耦合微带线级联。根据设计指标中要求的衰减和纹波，选择切比雪夫设计方法，可以知道纹波为3 dB的四阶切比雪夫滤波器的元件参数为g0=1，g1=3.438 9，g2=0.748 3，g3=4.347 1，g4=0.592 0，g5=5.809 5。
在耦合微带带通滤波器中，传输线的奇模和偶模通过公共地平面产生耦合效应，从而产生奇模特性阻抗和偶模特性阻抗。这些公式如下：
对于平行耦合微带线，可以使用ADS软件中的工具LineCalc计算物理尺寸和电参数之间的数值。根据计算出的平行耦合微带线奇模和偶模的特性阻抗，可以计算出平行耦合微带线导体条的角度和间距。根据上述特性阻抗，可以得到微带线的实际尺寸，如表1所示。
2带通滤波器设计-ADS优化仿真2.1带通滤波器设计原理图-使用cal的方案设计
从图2的仿真结果可以看出，850 MHz和950 MHz以上的衰减都在60 dB以上，满足设计要求，但902-928 MHz之间的衰减过大，不符合设计指标，需要进一步优化。
2.2带通滤波器设计——优化仿真方案在设计中，主要以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S2(1 S12)是传输参数，滤波器通带和阻带的位置以及衰减和波动都以S21(S12)随频率变化的曲线形状显示出来。参数S1(1 S22)是输入/输出端口的反射系数，输入/输出端口的电压驻波比可由此转换而来。
如果反射系数过大，会导致反射损耗增加，影响系统前后级的匹配，降低系统的性能。常用的优化方法有随机法和梯度法，随机法通常用于大规模搜索，梯度法则用于局部收敛。因此，在具体设计时，首先适当放宽各参数的取值范围，用随机法进行优化，然后参考之前的随机法优化结果，适当缩小各参数的取值范围，再用梯度法再次进行优化。根据设计指标的要求，优化目标的设定如图3所示。优化的原理图仿真结果如图4所示。从图3和图4可以看出，优化后的尺寸能够满足设计指标的要求。之后，可以进行布局模拟。
2.3带通滤波器的设计——版图仿真原理图的仿真是在完全理性的状态下进行的，但实际电路板往往与理论相差甚远，需要考虑干扰、耦合等因素。因此，有必要进一步模拟广告中的布局。
用于生成布局的原理图如图5所示。
版图的仿真结果和原理图的仿真结果不一样，不一样，也更严格，所以很有可能仿真结果不符合要求，需要回到原理图重新优化，然后再仿真版图，直到仿真结果能够满足设计指标的要求。布局的仿真结果如图7所示。从图中可以看出，设计尺寸满足方案设计指标要求。
3带通滤波器设计——结论射频带通滤波器的传统设计方法多是通过查表和曲线拟合来完成，不仅工作量大，而且设计精度低。本文在理论设计的基础上，利用ADS软件对射频滤波器进行优化仿真，然后根据方案设计的结果制作射频滤波器件，不仅降低了方案设计人员的劳动强度，缩短了设计周期，而且提高了方案设计的精度和效率。测试结果表明，该方案中射频滤波器的设计方法是可行和有效的。
二、带通滤波器设计-宽带带通滤波器
通过简单地级联高通和低通部分可以形成宽带通滤波器，这一般是简单的设计和性能选择，尽管这种电路可以实现可能的电路数目。为了形成20 dB/decade的带通滤波器，一阶高通和一阶低通部分被级联；串联一个40 dB/10的带通滤波器、一个二阶高通滤波器和一个二阶低通滤波器，以此类推。这意味着带通滤波器的阶数由高通和低通滤波器组成，并且受阶数的约束。
宽度为20 dB/10的带通滤波器由一个一阶高通滤波器和一个一阶低通滤波器组成，如图所示。(1).其频率响应如图(b)所示。
三、带通滤波器设计——通过简单的高通和低通部分级联就可以形成一个宽带通滤波器，这一般是一个简单的设计和性能选择，虽然这个电路可以实现可能的电路数目。为了形成20 dB/decade的带通滤波器，一阶高通和一阶低通部分被级联；串联一个40 dB/10的带通滤波器、一个二阶高通滤波器和一个二阶低通滤波器，以此类推。这意味着带通滤波器的阶数由高通和低通滤波器组成，并且受阶数的约束。频率响应宽带通滤波器
一个窄带通滤波器，用多重反馈来描述图。如图所示，该滤波器仅使用一个运算放大器。与到目前为止讨论的所有过滤器相比，该过滤器提供了一些独特的功能。
1。它有两条反馈路径，这就是它被称为多路反馈滤波器的原因。
2。运算放大器在反相模式下使用。
窄带通滤波器的频率响应如图2所示。
一般来说，窄带通滤波器是为中心频率f c和q或f c和BW的特定值而设计的。电路元件由以下关系确定。为了简化设计计算，每个C 1和C 2可以取为相等的C。
R1=Q/2C CA f
R 2=q/2 cc (2q2，一个f)
而r 3=q/ c？
F是中心频率处的增益，给出f=R 3/2R 1。
然而，增益是F和F 2 Q 2必须满足的一个条件。
多重反馈滤波器的中心频率F C可以由新的频率F C”改变，而不改变增益或带宽。这仅仅是通过改变R2R的“2，所以呢？”2=R 2 [ C/F"C ] 2 .
