ADS软件应用技巧（2）——中心频率/xdB带宽

已经有两期文章分别介绍过Q值(MMIC设计系列原创文章（7）——计算L/C的Q值和自谐振频率)和滤波器(MMIC设计系列原创文章（9）——滤波器)了,前段时间有位朋友给作者提了一个问题:"谐振器的Q值是3dB带宽除以中心频率,那么这个带宽和中心频率在ADS里面怎么计算?"

3dB带宽从S21曲线上是很容易人工判定出来的,但如何用在ADS环境下直接计算3dB带宽,作者之前也并没有研究过.一开始跟这位朋友讨论的方法是:

用max(dB(S21))计算出幅度的最大值,此时对应的频率即为中心频率fc.在此基础上-3dB画一条线,与dB(S21)曲线的交点区间就是3dB带宽bw3db.为了取它们的交点,进一步"曲线救国":abs(dB(S21)-3-max(dB(S21))),交点处差值为0,因此取绝对值后的最小值点就是交点:min(abs(dB(S21)-3-max(dB(S21))))

原理上是这样,但是操作起来很麻烦,需要写一大堆公式不说,如果SP扫频步进太大,可能找不到0值点,而是最接近的一个最小值点,则需要通过插值来提高精度.

懒人的想法自然是:"ADS有没有现成的函数可以直接计算中心频率和3dB带宽?"一开始我本以为是没有的,但是经过一番help查找,竟然以3db为关键词搜索到了这两个函数!

来看一下这两个函数的用法:

fc = center_freq(Data, ReferenceBW)

Data:需要分析的数据,可以是S参数,也可以是任何complex类型的数组ReferenceBW:参考带宽,例如3dB

例如,利用S参数计算谐振器的3dB中心频率:

We assume that a S-Parameter analysis has been performed.fc3 = center_freq(db(S21), 3) returns the center frequency using the 3dB point as reference

计算xdB带宽:

bw = bandwidth_func(Data, DesiredValue, Type)Data:需要分析的数据,可以是S参数,也可以是任何integer或complex类型的数组,数组维度范围是1~4维.DesiredValue:期望带宽,例如3dB+ Type:曲线类型0 - Band-pass(默认取值)1 - Band-stop2 - Low-pass3 - High-pass

例如,利用S参数计算带通滤波器的3dB带宽:

We assume that a S-Parameter analysis has been performed.bw3dB = bandwidth_func(db(S21), 3) returns the 3dB bandwidth

所以这两个函数的主要用途就是计算滤波器响应的中心频率/xdB带宽,利用它可以进一步计算滤波器的矩形系数.下面以一个带通滤波器为例,验证这两个函数.

首先新建原理图,插入一个butterworth带通滤波器,滤波器中心频率1.5GHz,3dB带宽1GHz,20dB衰减带宽2GHz.

其S21仿真曲线如下图所示,从Marker标注来看,其中心频率为1.5GHz,3dB带宽为1GHz,20dB带宽约为1.78GHz

插入几个公式计算其中心频率/3dB带宽/20dB带宽,以及以20dB带宽定义的矩形系数sf:

计算结果如上表所示,

中心频率fc=1.5GHz,

3dB带宽bw3db=1GHz,

20dB带宽bw20db=1.777GHz,

20dB矩形系数sf=1.777

结论:没事多看看help,会有很多惊喜!