射频电路设计-理论与应用 王子宇 译ppt课件

α,dB
α,dB
01
Ω
二项式滤波器
具有单调的衰减 曲线，一般比较 容易实现。若想 在通带和阻带之 间实现陡峭变化, 需使用很多元件.
0
1
Ω
切比雪夫滤波器
在通带或阻带内 保持相等的波纹 幅度，则可得到 较好的陡峭过渡 衰减曲线。
01
Ω
椭圆函数滤波器
衰减曲线最陡峭, 但代价是其通带 和阻带内均有波 纹。
频率 ,Hz
100 80 60 40 20
0 -20 -40 -60 -80 -100
1011 7
对并联电路：Z 1/Y, Y G jC 1/L
则传递函数： V2 VG
H
ZL
ZL
1/Y
ZG
Z L
ZLG jC 1/L ZG G jC 1/L1
衰减, dB 相位 , dcg
16
30
15
14
20
13
10
12
11 10
9 8
7 6
107
108
109
1010 1011
频率 ,Hz
0
-10
-20
-30
107
108
109
1010 1011
频率 ,Hz
可见RLC串联电路换成并联电路以后，则带通电路变成带阻电路，其
衰减曲线要陡峭得多。
8
当L 1 C
时电路发生串联谐振，其谐振频率：0
1 LC
第5章 射频滤波器设计
在设计模拟电路时，对高频信号在特定频率或频段内的频 率分量做加重或衰减处理是个十分重要的任务。
5.1 谐振器和滤波器的基本结构
5.1.1 滤波器的类型和技术参数
根据电路理论，滤波器主要
α,dB 低 α →∞
有低通、高通、带通和带阻 4 种 通
α,dB α →∞ 高 通
基本类型。
1 jL
1
1
1
RL
0 1
1
R
RG
1 jL
1 1 jL RL
1 RL
RG RL
1
故：V2 1
1
VG
A
1 R
RG
1 jL
1 RL
RG=50Ω，R=10Ω，L=100nH
当ω→0时： V2 0 VG
当ω→∞时： V2
RL
VG RG R RL
6
5.1.4 带通和带阻滤波器
故： 1
QLD
1
滤波器平中均的储功能率损耗
c
1
负载平 中均 的储 功能 率损耗
c
1
QF
1
Q3 E
5.1.2 低通滤波器
ZG R
图示为一阶低通滤波器，设ZG=RG，ZL=RL
用四个级连ABCD参量网络构成。
VG
V1
C
V2 ZL
则：CA
B D
1 RG
0
1
Biblioteka Baidu
1
0
R 1 0 1 0 1 jC 11/ RL 1
R=0)：
QE
0L RE
1 RE0C
fL f0 fU 将串联公式中
固有品质因素(RE=RG+RL=0,
R≠0)：
QF
0L R
1 R0C
R→G，L→C C→L，V→I
有载品质因素(RE=RG+RL≠0, R≠0)：
QLD
0L R RE
1
R RE 0C
可得并联公式
9
5.1.5 插入损耗
VG
L C R总
由带宽定义：H V总
R总
Q 0L 1 R总 0CR总
VG
R总
jL
1 C
即：Q
0
0
Q
0
0
0
Q
2 0
0
1
1
1
2
1
L R总
1 CR总
2
高Q时ω≈ω0
故：
f 3dB
U
f0
f0 , 2Q
f 3dB
L
f0
f0 , 2Q
BW
f 3dB
U
f 3dB
L
f0 Q
1
1√/ 2
BW
外部品质因素(RE=RG+RL≠0,
2
在综合分析滤波器的各种情况时，下列参数至关重要：
RF 插入损耗：定量描述了功率 响应幅度与0dB基准的差值，即：
IL 10log Pin / PL 10log 1 in 2
波纹：通带内信号的平坦度。 带宽：通带内对应3dB 频率。 矩形系数：60dB与3dB带宽的 比值。它反映了曲线的陡峭程度。 阻带拟制：常以60dB为设计值
例5.1 设ZL=ZG=50Ω, L=5nH, R=20Ω, C=2pF，求滤波器的频率响应。
解： 20log
50
120
j10f
109
1012 4f
arctan
Im Re
H H
曲线上升缓慢
45 40 35 30
25 20 15 10 f0=1.59GHz 5
107 108 109 1010
-30 C=10pF
-40 -50
-60
-70
-80
-90106
107
108 109
频率 ,Hz
10510
5.1.3 高通滤波器
ZG R
图示为一阶高通滤波器，设ZG=RG，ZL=RL VG V1 用四个级连ABCD参量网络构成。
L V2 ZL
则：CA
B D
1 RG
0
1
1
0
R 1
1 0
相群位时关延系tg ：：dd
arc
tan
Im Re
H H
任意常数
我们经常需要设计具有线性相位(φ ∝ωA)的滤波器，即 tg A
衰减, dB 相位 , dcg
35 30 RG=50Ω, R=10Ω, C=10pF
25
20
15
10
5
0106 107
108 109 1010
频率 ,Hz
0 -10 RG=50Ω -20 R=10Ω
1 R RG jC 1/ RL
jC 1/ RL
RG RL
1
故： V2 VG
1 A
1
R
RG
1
jC
1/
RL
当ω→0时： V2
RL
VG RG R RL
当ω→∞时： V2 0 具有低通特征 VG
当RL→∞时：
V2 VG
H
1
1
j RG
RC
为纯一 阶系统, H(ω)为传递函数
4
衰减系数： ln H 20log H
01
Ω0 1
Ω
归一化频率: Ω=ω/ω c 对于低通和高通, ω c是截止频率；
α,dB α →∞
带α →∞ 通
α,dB α →∞ 带 阻
对于带通和带阻, ω c是中心频率。 0 Ω1 Ω2 Ω 0 Ω1 Ω2 Ω
归一化处理方法能大幅度减少导出标准滤波器的工作量。1
三种低通滤波器的实际衰减曲线
α,dB
α,dB
插
BW60dB
入
带带
损
60dB
通阻
耗
BW3dB
3dB
纹衰 波减
0
f 60dB L
fc
1
f 3dB L
fc
f 3dB U
fc
Ω
f 60dB U
fc
品质因素：Q
平均储能 一个周期内的平均耗能
c
Wstored Ploss
无功功率 c 有功功率
功率损耗通常被认为是外接负载的功率损耗和滤波器本身功率损耗的总和。
ZG R L C
带通滤波器可采用RLC串联或并联
电路结构。对串联电路：Z R jL 1/C
VG V1
V2 ZL
则：
A C
B D
1
0
ZG 1
1
0
Z 1
1 1/
Z
0 L 1
1
Z
1/ ZL
ZG
/
Z
L
ZG Z
1
传递函数：
V2 VG
H
ZL
ZL
Z
ZG
ZL
ZG
ZL
R jL 1/C
衰减, dB 相位 , dcg