四阶带通滤波器设计分析

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滤波器8_滤波器传输零点20120419

South China University of Technology
它们都没有起到作用，所以在=0处有三个传输零点。所以在=∞处有三个传输零点。
（c）在=∞处串联电容短路和并联电感开路，
Research Institute of Antenna & RF Techniques
对于低通滤波器，无穷远处的传输零点决定滤
8.2.1 传输零点运动规则和类型
传输零点运动必须遵守如下三个规则：
South China University of Technology
规则1：在复平面上，所有的传输零点必须
是象对称。
规则2：“扰动”一个电路元件引起的传输
零点的运动路径是连续的，即传输零点不会从一个位置跳跃到一个新的位置。
对于窄带滤波器，低阻带的BF点离通带较远，
所以传输零点在BF点分裂后，有一个零点离通带较近，而另一个则离的很远。
Research Institute of Antenna & RF Techniques
South China University of Technology
在(a)的谐振器1和4之间并联一个电容，就形成
C
L C
零点 s
R
C
R C
零点 s j
1 LC
零点
s
1 RC
Research Institute of Antenna & RF Techniques
South China University of Technology
五阶低通滤波器所示，在=∞上每个电感变成
开路，每个电容变成短路，所以这个五阶低通滤波器有5个=∞的传输零点，它们全部都在无穷处。

MAX262中文资料

?在电子电路中，滤波器是不可或缺的部分，其中有源滤波器更为常用。

一般有源滤波器由运算放大器和RC元件组成，对元器件的参数精度要求比较高，设计和调试也比较麻烦。

美国Maxim公司生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等，可通过编程进行设置，电路的外围器件也少。

本文介绍MAX262的情况以及由它构成的程控滤波器电路。

1MAX262芯片介绍???MAX262芯片是Maxim公司推出的双二阶通用开关电容有源滤波器，可通过微处理器精确控制滤波器的传递函数(包括设置中心频率、品质因数和工作方式)。

它采用CMOS工艺制造，在不需外部元件的情况下就可以构成各种带通、低通、高通、陷波和全通滤波器。

图1是它的引脚排列情况。

?图1MAX262引脚V+——正电源输入端。

V-——负电源输入端。

GND——模拟地。

CLKA——外接晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端，在滤波器内部，时钟频率被2分频。

CLKB——滤波器B部分的时钟输入端，同样在滤波器内部，时钟频率被2分频。

CLKOUT——晶体振荡器和R-C振荡的时钟输出端。

OSCOUT——与晶体振荡器或R-C振荡器相连，用于自同步。

INA、INB——滤波器的信号输入端。

BPA、BPB——带通滤波器输出端。

LPA、LPB——低通滤波器输出端。

HPA、HPB——高通、带阻、全通滤波器输出端。

WR——写入有效输入端。

接V+时，输人数据不起作用；接V-时，数据可通过逻辑接口进入一个可编程的内存之中，以完成滤波器的工作模式、f0及Q的设置。

此外，还可以接收TTL电平信号，并上升沿锁存输人数据。

A0、A1、A2、A3——地址输人端，可用来完成对滤波器工作模式、f0和Q的相应设置。

D0、D1——数据输入端，可用来对f0和Q的相应位进行设置。

OPOUT——MAX262的放大器输出端。

OPIN——MAX262的放大器反向输入端。

集成滤波器MAX267的应用设计

依照以下指标进行：中心频率ｆＨ；带宽ｏ＝１Ｋｚ通度Ｂ＝０ｚ通带波动为０５ｄ．Ｗ２０Ｈ；．Ｂ
２１设计原理．
（）反馈电阻Ｒ的阻值选择３ｔ
根据需要，选取其阻值为手册中的推荐值，
ＲＦ＝１０ＫＱ
（）反馈电阻ＲΒιβλιοθήκη 的阻值选择４：＝ ×
㈡。
）
＿０ × × （２…７１１× ．００
＝
本设计采用１片ＭＡ２７来实现４阶多反馈Ｘ６
２２（Ｑ）５Ｋ．
切比雪夫带通滤波器设计，其原理示意图如图２
所示．
Ｕ
（）内部独立放大器增益选择５根据设计要求，选取内部独立放大器增益为（）Ｒ６。阻值的选择
脚～Ｆ４的编码确定，波器品质因素Ｑ可通滤过输人至可编程引脚Ｑ０一Ｑ６的编码确定，其ＤＰ封装的引脚，图ｌ所示，Ｉ如主要引脚功能，如
表１所示．
Ｕ
Ｉ
波器和带阻滤波器．按照滤波器的时域或频域特
性，滤波器又可分为巴特沃斯滤波器、贝塞尔滤波器、圆滤波器和切比雪夫滤波器．椭本设计是基于ＭＡ２７设计的４阶切比雪夫带通滤波器，比Ｘ６切雪夫滤波器与贝塞尔滤波器和巴特沃斯滤波器相
７１
Ⅷ
；ｌＷ
Ｑ＝Ｑ ×Ｋ：５×１４２９＝．１ＲＦｏ．０７０４５．

带通滤波器设计--模拟电子技术课程设计报告

带通滤波器设计--模拟电⼦技术课程设计报告模拟电⼦技术课程设计报告带通滤波器设计班级：⾃动化1202姓名：杨益伟学号：120900321⽇期：2014年7⽉2⽇信息科学与技术学院⽬录第⼀章设计任务及要求1、1设计概述------------------------------------31、2设计任务及要求------------------------------3 第⼆章总体电路设计⽅案2、1设计思想-----------------------------------42、2各功能的组成-------------------------------52、3总体⼯作过程及⽅案框图---------------------5 第三章单元电路设计与分析3、1各单元电路的选择---------------------------63、2单元电路软件仿真---------------------------8 第四章总体电路⼯作原理图及电路仿真结果4、1总体电路⼯作原理图及元件参数的确定---------94、2总体电路软件仿真---------------------------11 第五章电路的组构与调试5、1使⽤的主要仪器、仪表-----------------------125、2测试的数据与波形---------------------------125、3组装与调试---------------------------------145、4调试出现的故障及解决⽅法-------------------14 第六章设计电路的特点及改进⽅向6、1设计电路的特点及改进⽅向-------------------14 第七章电路元件参数列表7、1 电路元件⼀览表---------------------------15 第⼋章结束语8、1 对设计题⽬的结论性意见及改进的意向说明----168、2 总结设计的收获与体会----------------------16 附图(电路仿真总图、电路图)参考⽂献第⼀章设计任务及要求1、1设计概述：带通滤波器是指允许某⼀频率范围内的频率分量通过、其他范围的频率分量衰减到极低⽔平的滤波器。

实验十九四阶巴特沃斯滤波器

实验十九四阶巴特沃斯滤波器一、实验目的1．了解巴特沃斯滤波器的频率响应特性。

2．掌握根据频率响应特性求网络传递函数()a H s ，并根据()a H s 来设计滤波器的方法。

二、实验内容1．列写四阶巴特沃斯低通、高通和带通滤波器的网络函数。

2．用示波器观察四阶巴特沃斯滤波器的幅频特性曲线。

3．熟悉四阶巴特沃斯滤波器的设计方法。

三、实验仪器1．信号与系统实验箱一台 2．信号系统实验平台3．四阶巴特沃斯滤波器模块（DYT3000-65）一块 4． 20MHz 双踪示波器一台 5．连接线若干四、实验原理实际的滤波电路往往难以达到理想的要求，如要同时在幅频和相频响应两方面都满足要求就更为困难。

因此，只有根据不同的实际需要，寻求最佳的近似理想特性。

例如，可以主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应；也可以从满足相频响应出发，而把幅频响应居于次要位置。

介绍一种最简单也是最常用的滤波电路——巴特沃斯滤波电路（又叫最平幅度滤波电路）。

这种滤波电路对幅频响应的要求是：在小于截止频率c ω的范围内，具有最平幅度的响应，而在c ωω>后，幅频响应迅速下降。

对于低通滤波电路来说，3dB 截止角频率c H n ωωω==。

n 阶低通滤波电路幅频响应的一般形式()cj A ωω=（式19-1）因为2()cj A ωω是偶次函数，所以c ω的奇次幂会出现。

考虑到在1c ω<时，巴特沃斯低通滤波电路的幅频响应是平坦的。

而在1c ω<时，主要是c ωω的低次项对分母起作用而使()cj A ωω下降。

如果()cj A ωω只与c ωω的高次项有关，则能较好的满足上述条件。

因此式19-1可写成()cj A ωω=（式19-2）这就是巴特沃斯低通滤波电路的特性方程。

由于1c ω=时，增益减小3dB ，由式19-2有2222(1)o o n A A K =+，可得21n K =，因而式19-2变为()cj A ωω=（式19-3）为便于归一化处理，引用归一化复频率S （c c S s j ωω==），这样在式中用s j 代替c ω，则得222()1(1)on nA A s S =+- （式19-4）根据数学关系式2()()C jD C jD C jD +=+-，所以有222()()()1(1)on nS j cA A s A s A s S ωω==-=+- 则()()A s A s -的极点应满足21(1)0nnS +-= （式19-5）由式19-4的根便可以求出滤波电路的网络函数A （S ）。

基于SIW技术的毫米波滤波器研究与设计

基于SIW技术的毫米波滤波器研究与设计杨君豪;孙曼;张金玲【摘要】基于基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)结构设计了两款四阶的耦合带通滤波器,使用三维全波电磁场仿真软件HFSS对设计的两款滤波器进行了仿真设计和优化.由仿真结果分析得出,两款滤波器的工作频率均位于毫米波频段.第一款SIW滤波器实现了切比雪夫型响应,中心频率为20 GHz,带宽为2 GHz,通带内的插入损耗低于1.5 dB,回波损耗低于-20 dB,在阻带中对信号的衰减程度可以达到50 dB.第二款SIW滤波器实现了准椭圆函数型的响应,中心频率为29.1 GHz,带宽为300 MHz,通带内的插入损耗低于1 dB,回波损耗低于-20 dB,在通带到阻带的过渡中实现了两个陷波点.仿真结果表明,在毫米波滤波器设计中引入SIW结构,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】6页(P518-523)【关键词】毫米波;带通滤波器;基片集成波导(SIW);切比雪夫响应;准椭圆函数响应;交叉耦合【作者】杨君豪;孙曼;张金玲【作者单位】北京邮电大学,北京100876;中国移动福建分公司,福建362200;北京邮电大学,北京100876;北京邮电大学,北京100876【正文语种】中文【中图分类】TN713引言毫米波无线通信技术是微波无线通信技术向更高频段的延伸,近年来得到了广泛关注与重视,其主要原因有:毫米波对应的频谱资源丰富;毫米波自身的传输特性良好;现代芯片制造工艺的快速发展为毫米波通信设备的制造提供了保障;毫米波通信技术已经成为许多新兴技术的发展需要. 滤波器作为通信系统中重要的组成部分,发挥着对信号频率分割和提取的功能,其性能的优劣直接影响了整个系统的通信质量. 研究小体积、高性能的毫米波滤波器对于实现收发组件单片化,以及促进毫米波技术的发展具有重要意义.基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)结构是2000年提出的一种新型电路结构,它兼有传统金属波导和微带电路等平面传输线的双重优点[1-3], 其辐射损耗低、功率容量大、易与平面电路集成且抗干扰能力强. 近年来,对SIW 技术的关注度不断增加,相关的技术在微波及毫米波电路领域得到了广泛的应用[4-6]. 基于SIW结构设计的滤波器具备波导滤波器损耗低、Q值高和功率容量大的优点,同时还具备了微带线滤波器尺寸小、易集成的优点. 在滤波器朝着小型化、集成化发展的过程中,电磁兼容、电磁干扰等技术问题也日益突出. 将SIW结构运用到滤波器的设计中是毫米波电路发展的一个重要方向.2003年,文献[7]在绝缘介质基片中加入周期排列的金属通孔,通过四个中心偏置的金属化通孔的直径大小与偏离度控制各谐振腔之间的耦合,实现了三阶的滤波器结构. 这是第一款真正意义上的SIW滤波器.2005年,文献[8]将电磁带隙(electromagnetic band gap, EBG)结构运用到滤波器的设计中,设计出了一款应用周期性EBG结构的SIW滤波器. 该滤波器实现了超宽带特性与结构上的紧凑性,既具备了EBG结构的阻带特性,又保留了SIW结构本身的高通特性. 随后,利用圆形SIW谐振腔进一步实现SIW滤波器的小型化. 圆形SIW谐振腔滤波器的结构特点在于可以通过改变输入首末两端的角度来调节滤波器的品质因数.近年来,频率选择性表面(frequency selective surface, FSS)、互补开口谐振环(complementary split ring resonator, CSRR)和周期排列的十字形缺陷地(defected ground structure, DGS)结构相继被应用到SIW腔体滤波器与SIW矩形谐振滤波器中. 基于FSS设计的SIW滤波器具有单边陡降效应,通过调节腔体尺寸可以实现低频、高频陡降特性的转换,并能通过单元结构合成实现双边的陡降特性;应用耦合开口谐振环技术的SIW滤波器在利用微扰原理实现双模特性的同时,实现了阻带上的传输零点,提高了带外抑制特性;基于周期十字型DGS结构设计的SIW滤波器在提高了高频带外抑制的同时,保持了谐振腔的品质因数. 此外,应用到SIW滤波器的结构还包括共面波导、缺陷地等[9-12].针对毫米波通信系统中对滤波器小型化、高性能的需求,本文对SIW结构在毫米滤波器设计中的应用进行了研究. 对SIW的结构特点、传输特性进行了分析,结合在耦合谐振带通滤波器的设计中常用的耦合矩阵法,设计了两款工作频率位于毫米波频段的带通滤波器. 第一款为直接耦合型SIW滤波器,馈电方式采用微带线——SIW的直接转换结构,滤波器响应形式为传输零点位于无穷远传处的切比雪夫型带通滤波器. 为了进一步实现滤波器小型化、高带外抑制性能的需求,设计了第二款交叉耦合型SIW滤波器,馈电方式采用共面波导——SIW转换结构,进一步缩小了滤波器整体大小,且滤波器响应形式为通带两侧各有一个传输零点的准椭圆函数型带通滤波器,提高了滤波器带外抑制性能. 通过电磁仿真软件分别对两款滤波器进行了仿真,并对仿真结果进行了分析.1 SIW毫米波滤波器的理论分析1.1 SIW的结构特点SIW结构特点在于它将周期排列的金属圆柱或金属通孔嵌入介质基片,以此来达到与矩形金属波导侧壁类似的效果,将电磁波限制在基片上下两个金属面和两排金属通孔间. SIW的结构示意如图1所示. 其中,d表示金属通孔的直径,s表示相邻金属孔间圆心到圆心的距离,h表示基板厚度,l表示两列金属孔之间的距离.图1 SIW结构示意图Fig.1 Configuration schematic of SIW由于金属圆孔之间存在间隔,使得电磁波会在孔间产生泄露,造成了SIW结构特有的漏波特性. 漏波损耗的程度主要由金属通孔的直径d和相邻金属孔的间距s决定. 为了尽量减小漏波损耗,SIW尺寸的一般设计原则有[13]d<0.2λg,s<2d,d<0.2l.(1)由式(1)可以看出,s/d的数值即孔间隙越小,电磁波越难以在孔间发生泄露. 但从实际的角度出发,由于制造工艺有限,过小的孔直径和孔间距无疑会给实际生产带来困难. 因此对于SIW结构来说,选取合适的d值与s值,使得整个结构漏波损耗小且易于加工是相当有必要的. 图2是SIW单个谐振腔模型,两端采用微带线直接过渡型转换结构.图2 SIW单个谐振腔结构Fig.2 Configuration of a single SIW resonator通过对如图2所示的SIW单个谐振腔进行仿真优化,当d取0.5 mm,s取1 mm时,工作在30 GHz的SIW谐振腔实现了与传统矩形波导相似的传输特性. 在d与s值确定的情况下,谐振频率fc主要由两列金属孔之间的距离l决定,计算公式如下:(2)图2的SIW谐振腔的电场分布情况如图3所示.由仿真结果可以看出,通过谐振腔的电磁波被有效地限制在两排金属孔之间,几乎没有在孔间产生漏波损耗.图3 SIW谐振腔电场分布Fig.3 Magnitude of electric field distribution in the SIW cavity at resonance frequency1.2 SIW的转换结构SIW主要由介质基板和金属化通孔构成,虽然它也是一种平面结构,但是在实际电路应用中SIW难以和其他平面电路直接相连,因此SIW滤波器设计中应用了常用平面电路(如微带线)到SIW的转换结构,用来解决SIW连接与测试的问题.SIW与平面电路之间的转换结构一般有如下设计要求[8]:能实现较宽的工作带宽、较小的插入损耗和较简易的加工结构.SIW滤波器常用的五种基本平面电路转换结构如图4所示[14-17]. 其中,(a)为直接过渡结构,适用于SIW的等效阻抗与微带线特性阻抗相同的情况;(b)为凸型过渡结构,在实现SIW与微带结构过渡的同时完成了二者阻抗的匹配;(c)是凹型过渡结构,通过一段共面波导的过渡来完成阻抗匹配;(d)是SIW滤波器设计中最为常见的锥形过渡结构,其结构简单,能起到很好的展宽频段的效果,在实现微带线与SIW的阻抗匹配的同时,又减小反射带来的影响;(e)是共面波导过渡结构,相比于其他过渡结构,该结构最为紧凑,能够在体积更小的滤波器中发挥很好的作用. 其主要由一段共面波导短截线和两条短路槽构成,实现的效果与锥型过渡类似. 在后续设计中分别采用了(a)和(e)的过渡结构.(a) 直接过渡 (b) 凸型过渡 (c) 凹型过渡 (a) Direct (b) Convex (c) Concave transition transition transition(d) 锥型过渡 (e) 共面波导过渡 (d) Cone transition (e) CPW transition图4 SIW 滤波器平面电路转换结构Fig.4 Transitions from planar circuits to SIW filter 2 SIW毫米波带通滤波器的设计与仿真2.1 直接耦合型SIW带通滤波器本节设计了一款直接耦合的SIW带通滤波器,采用直接耦合的形式,工作频率覆盖19～21 GHz,通带内插入损耗小于1.5 dB,回波损耗小于-20 dB,带外抑制特性良好. 具体设计过程如下:根据所需设计的滤波器中心频率和带宽,确定滤波器的截止频率,通过公式(1),由截止频率计算得出滤波器中SIW谐振腔的尺寸. 由于设计中实现的滤波器为耦合谐振器带通滤波器,因此采用耦合矩阵法计算出各谐振腔之间的耦合系数和外部品质因数. 利用电磁仿真软件HFSS建立子工程,通过仿真得到耦合系数和外部品质因数与谐振腔的物理尺寸之间的对应关系,计算得到滤波器各部分的尺寸大小. 建立初步的滤波器整体模型,并设置相关的激励和边界条件. 其中,金属圆柱可以用边界条件为perfect E的圆柱面代替. 对模型进行仿真分析,仿真得到的响应波形与理论上会存在误差,该误差可以通过对整体模型的进一步优化来减小或消除.通过仿真对比得到,在谐振频率处于20 GHz时,谐振腔宽度H=10.5 mm. 根据技术指标要求,确立该滤波器使用的阶数为4阶. 采用耦合系数法,利用Matlab编程计算得出该滤波器的归一化耦合矩阵为(3)通过转换可以得到相邻谐振腔之间的耦合系数,转换公式如下:Mi,j=WFB×mi,j,i≠j.(4)计算得到M1,2=0.083 6,M2,3=0.060 59,M3,4=0.082 36. 滤波器的外部Q值是影响滤波性能的一个重要因素,可以通过式(5)得到:(5)式(4)、(5)中:WFB表示滤波器的相对带宽;M0,1表示输入端口与第一个谐振腔之间的M矩阵耦合系数;M4,5表示输出端口与最后一个谐振腔之间的M矩阵耦合系数,由“N+2”型耦合矩阵的计算方法可以得到. 带入数值后得到品质因数Q1=Q2=17.3.综上计算得到了谐振器之间的相关系数,使用电磁仿真软件HFSS建立该SIW之间耦合带通滤波器的初始模型,通过参数扫描对模型尺寸进行调整,以实现较好的传输特性.直接耦合SIW滤波器平面结构如图5所示. 从图中可以看出,四个由金属板面与金属圆柱组成的四个谐振腔呈横向排列. 第一个和第二个谐振腔通过过渡结构接入源和负载,各谐振腔通过横向的耦合窗口进行能量的传递.整个滤波器平面尺寸为26 mm×15 mm,具体尺寸为:L1=4.0 mm,L2=4.5 mm,W0=4.3 mm,W1=3.2 mm,W2=3.0 mm,H=10.5 mm.图5 直接耦合SIW滤波器平面结构图Fig.5 Top view of the direct coupled SIW filter通过电磁仿真软件HFSS得到的S11、S21仿真曲线如图6所示,因为滤波器采用直接耦合,所实现的响应为切比雪夫型响应. 从仿真结果可以看出,在滤波器通带19～21 GHz的范围内,插入损耗始终小于1.5 dB,回波损耗始终小于-20 dB. 带外抑制特性十分良好,在通带外的17 GHz处,对信号的衰减程度达到了50 dB.图6 直接耦合SIW滤波器S参数仿真曲线Fig.6 Simulated S parameters of the direct coupled SIW filter2.2 交叉耦合型SIW带通滤波器2.1节中所设计的SIW直接耦合带通滤波器,实现的是一般的切比雪夫响应,其传输零点位于无穷远处. 为了在通带与阻带的过渡带中实现明显的下陷,即在通带的两边实现一对陷波点,本小节用置于腔体中心的金属孔对代替原SIW滤波器中的金属孔窗口,设计了一款实现交叉耦合的SIW带通滤波器. 工作频率覆盖28.9～29.2 GHz,通带内插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB,带外抑制特性良好.为了使设计的滤波器结构更为紧凑,该滤波器在连接端采用共面波导过渡结构,在输入、输出两端加入了共面波导短截线和1/4波长短路槽.共面波导过渡结构与其他过渡结构相比更适用于小体积的SIW滤波器,相应的代价是该转换结构会使滤波器的通带带宽受到限制. 采用耦合系数法,利用Matlab编程计算得到该滤波器的耦合矩阵如式(6)所示,引入交叉耦合后,矩阵中M1,4与M4,1的数值不再为零.(6)通过电磁仿真软件HFSS建立该滤波器的初始模型,模型的平面结构如图7所示. 可以看到,滤波器由三对纵向金属孔构成了四个谐振腔. 通过调整孔间距W1、W2,可以改变对应的耦合量. 对比2.1节设计的直接耦合型SIW滤波器,本款滤波器的尺寸更小、结构更为紧凑. 整体的尺寸为4 mm×14 mm,其中W1=0.65mm,W0=2.10 mm,W2=1.10 mm,L1=2.50 mm,L2=2.35 mm,H=2.80 mm.图7 交叉耦合SIW滤波器平面示意图Fig.7 Top view of the cross coupled SIW filter通过电磁仿真软件HFSS得到的滤波器S11、S21仿真曲线如图8所示.图8 交叉耦合SIW滤波器S参数仿真曲线Fig.8 Simulated S parameters of the cross coupled SIW filter从仿真曲线可以看出,通带内插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB,在通带两边各产生一个陷波点,带外抑制特性良好.对上述设计的两款SIW带通滤波器进行对比分析,由滤波器的平面结构示意图可知(如图5、图7所示,其中图5中馈电结构采用微带线——SIW直接转换结构,图7中馈电结构采用共面波导——SIW转换结构),共面波导转换结构使滤波器整体更加紧凑,进一步缩小了滤波器的整体大小,实现了滤波器小型化的应用需求．由仿真结果S参数曲线可知(如图6、图8所示),设计的第二款准椭圆函数型SIW带通滤波器,通过引入交叉耦合,在通带两侧各引入了一个传输零点,在相同阶数下,相比较于传输零点在无穷远处的切比雪夫型SIW带通滤波器,提高了带通滤波器的选择性,抑制更加陡峭.3 结论本文针对毫米波滤波器的设计,引入SIW结构,研究了SIW的结构特点及传输特性,结合耦合谐振带通滤波器设计中的耦合矩阵法,设计了两款工作频率位于毫米波频段的带通滤波器,并通过电磁仿真软件HFSS分别进行了仿真．结果表明,两款滤波器均实现了设计指标,满足毫米波通信系统需求. 分析得出,将SIW结构应用到毫米波滤波器的设计中,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.参考文献【相关文献】[1] CASSIVI Y, PERREGRINI L, ARCIONI P, et al. 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Novel substrate integrated waveguide (SIW) type high power amplifier using microstrip-to-SIW transition[C]//IEEE Microwave Conference Proceedings, 2014:101-103.[16] DU M, XU J, DONG Y, et al. LTCC SIW-vertical-fed-dipole array fed by a microstrip network with tapered microstrip-to-SIW transitions for wideband millimeter-wave applications[J]. IEEE antennas & wireless propagation letters, 2017, 16(99):1953-1956. [17] FANG R Y, LIU C F, WANG C L. Compact and broadband CB-CPW-to-SIW transition using stepped-impedance resonator with 90°-bent slot[J]. IEEE transactions on components packaging & manufacturing technology, 2013, 3(2):247-252.。

音乐彩灯控制器设计-课程设计

文档课程设计说明书题目: 音乐彩灯控制器院（部）：理学院专业班级：应用物理14-1学号：2014305070学生：王伟洲理工大学课程设计(论文)任务书理学院(部) 物理系前言随着现在社会的发展，人们生活水平的提高，人们对娱乐环境的要求越来越高，娱乐环境中的灯光控制，成了一个重要的部分。

为此，特意设计了关于音乐彩灯的控制。

本设计要求将输入音乐信号分为高中,低三个频段,并且分别控制三种颜色的彩灯.每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号大小分为八个等级.输入信号最大时,彩灯最亮.当输入信号的幅度小于10mv时, 要求彩灯全亮。

第一部分: 实验原理部分（一）. 设计框图及电路系统概述设计框图：电路系统概述：1．声音信号要分为三个频段，所以第一步要通过滤波器进行滤波，将音频信号按要求分为三个频段。

2．经过放大器把毫伏级的声音信号放大为与比较信号可比的信号。

由于直流信号才可比较，所以在进入比较器前先进行整流。

3．同步脉冲通过简易的数模转换产生阶梯波，放大后的信号与其比较产生高低电平，再和同步脉冲相与产生个数不同的脉冲去触发三极管，由触发脉冲的个数决定彩灯的亮度。

4．如果音乐信号小于10mV，用比较器产生高电平使或门的输出总为高电平，产生的高电平与1HZ的脉冲信号进行与，从而使灯亮暗闪烁。

（二）. 实验电路结构与分块电路原理由本实验设计要求可将试验电路基本分为七个组成部分, 即1．电压转换部分2．语音信号的输入部分3．基本信号的放大部分4，滤波选频部分（核心）5．幅度控制部分6 . 输出显示部分7．10 毫伏比较扩展部分第三部分: 各单元电路的设计方案及原理说明下面分别从以上几个分块电路说明该彩灯控制器的设计原理与过程.1. 电源电路：由于实验给出电源为220V 交流电，而实验所需芯片的工作电压大致在5－12V，故需要首先设计一个电压转换部分，将220V 的交流电转换成5V，12V，相当于一个直流稳压源，以供数字和模拟芯片正常工作。

四阶RC有源带通滤波器的设计

Abstract : It is get ting far and wide using t he filter s in t he elect ro nic circuit . U sing t he band2pass filter s is t he mo st in using t he filters. This paper p ropo ses making RC fo ur2stage active band2pass filters wit h less element s and it s pertaining co nvenient p rodultio n met hod ,and t he t ransfer f unctio n and cent re f re2 quency parameter are deduced in particular . The experiment error of t he amplit ude f requency character2 istic is less and t here are steady and uniform gain in t he bandwidt h. Key words : band2pass filter ;t ransfer f unctio n ;cent re f requency
Vol . 25 No . 4 J ul . 2007
四阶 RC 有源带通滤波器的设计
郭农斐1 ,袁放成2
( 1. 泉州黎明大学电子工程系 ,福建泉州 362000 ;2. 泉州师范学院理工学院 ,福建泉州 362000)
摘要 : 在电子电路中滤波器的应用越来越广泛 ,带通滤波器是滤波器中应用最多的一种 . 文章设计的四阶 RC 有源带通滤波器元件少 ,制作方便 ,并对设计的带通滤波器的传递函数及中心频率等特性参数进行了详细的推导 ,由幅频特性测试得到实测的中心频率误差较小 ,在通带内具有均匀而稳定的增益 .

四阶切比雪夫二型带通滤波器python实现

四阶切比雪夫二型带通滤波器是一种常见的数字信号处理工具，它在信号处理领域具有重要的应用。

本文将介绍如何使用Python实现四阶切比雪夫二型带通滤波器，并对其原理和应用进行深入探讨。

1. 切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器是数字信号处理中常用的一种滤波器类型，它具有高通、低通、带通和带阻等多种形式。

在这些形式中，带通滤波器可以选择信号中的特定频率范围进行增强或抑制，因此在语音处理、图像处理等领域有着广泛的应用。

2. 四阶切比雪夫二型带通滤波器的设计四阶切比雪夫二型带通滤波器的设计可以分为两个步骤：首先是在模拟域中设计一个带通滤波器，然后将其转换为数字域。

需要注意的是，切比雪夫滤波器的设计需要满足一定的通带波纹和阻带衰减要求，这在实际应用中需要仔细权衡。

3. Python实现在Python中，可以使用scipy库中的signal模块来实现数字滤波器的设计和应用。

可以使用signal.iirfilter函数设计滤波器的系数，然后利用signal.lfilter函数对信号进行滤波处理。

通过这种方式，可以方便地实现四阶切比雪夫二型带通滤波器。

4. 应用实例接下来，我们将介绍一个音频信号处理的应用实例，通过Python实现四阶切比雪夫二型带通滤波器对音频信号进行处理。

通过对比处理前后的音频信号，可以直观地感受到滤波器对信号的影响，并了解滤波器在语音处理中的实际效果。

5. 个人观点和总结从实际开发应用来看，Python作为一种简洁、灵活和强大的编程语言，非常适合于数字信号处理领域。

通过对四阶切比雪夫二型带通滤波器的Python实现，我们不仅可以深入了解滤波器的原理和设计方法，还可以在实际项目中应用这些知识，从而更好地处理数字信号。

通过本文的介绍和实例分析，相信读者对四阶切比雪夫二型带通滤波器的原理和Python实现有了更深入的理解。

在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的滤波器类型，并结合Python的强大功能进行开发和实现。

基于SIW技术的高选择性带通滤波器的设计与实现

摘要摘要滤波器作为通信系统前端电路不可或缺的组件，对于整个通信系统而言，其性能的好坏将直接影响到信号的接收，发射以及传播。

而随着整个通信系统的不断发展以及完善，对于各个组件的要求也在不断的提高，滤波器也朝着小型化高性能的方向发展。

在大量学者几十年的研究过程中，基片集成波导技术（Substrate Integrated Waveguide, SIW）因其独特的结构和电磁特性吸引了滤波器设计者们的目光。

SIW其结构既如微带线结构一样，质量轻、体积小、易加工且与平面电路集成方便，又像传统波导一样，辐射损耗小、功率容量大。

这些特性使得其可以成为顺应小型化高性能滤波器发展的设计平台。

而说到滤波器的高性能，不得不提到滤波器的高选择性，高选择性滤波器可以更加有效的滤除不必要的干扰信号，可以大大提高有用信号的传输效率，然而提高滤波器的选择性最常见的方法就是引入传输零点（Transition Zeros, TZs），而传输零点的获取可以通过交叉耦合，源和负载耦合等方法来实现。

本文的主要工作就是研究将SIW技术和交叉耦合以及源和负载耦合等方法相结合设计出具有传输零点的高选择性带通滤波器。

首先，本文简单介绍了滤波器的发展现状以及基本理论知识，包括分类以及基本参数等。

其次，文章又讲解了本文所设计的滤波器的载体SIW，详细介绍分析了其基本结构和特性，并又介绍了两种常见的SIW与微带线的过渡结构，接着又举例说明了三种常用的SIW腔之间的耦合结构，这些都为下文将SIW与交叉耦合理论相结合设计出高选择性滤波器提供了理论基础。

再次，本文介绍了交叉耦合理论，重点介绍了该理论中常见的三谐振器耦合（Coupled Triplet, CT）和四谐振器耦合（Coupled Quadruplet, CQ）结构的相位模型，也以此讨论TZ的位置变化，并通过仿真实例来印证了CT结构相位模型，接着又结合仿真实例讨论了二次模谐振腔对CT结构传输零点位置的影响，最后运用上述方法与SIW相结合利用金属通孔扰动一次模使其频率上升的方法设计出了一款通带两边各具一个传输零点的高选择性带通滤波器。

锁相放大器的设计

锁相放大器的设计【摘要】本系统以超低功耗MSP430G2553作为处理核心，用OPA244、OPA2237、LM324N、LM3119等实现对微弱信号的检测。

该电路由信号调理模块、移相器模块、相敏检波器和数码管四个模块组成。

信号调理模块包括加法器，交流放大器，四阶带通滤波器，信号调理电路子模块，其具有微弱信号放大和调理、抑制干扰和噪声的作用。

移相器模块由多个比较器，积分器组成，实现与被测信号的同步，产生可180°移相的方波传输给MCU，由数码管显示被测信号的幅度。

【关键词】微弱信号;移相器;msp430;相敏检波器1.锁相放大器设计原理根据相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数f1（t）和f2（t）的相关函数定义为：它是度量一个随机过程在时间t和两时刻线性相关的统计参数，如果f1（t）和f2（t）完全没有关系，则相关函数将是一个常数。

下面我们设有两个信号x（t）、y（t）为：其中n1（t）、n2（t）为噪声，Vs（t）为待测信号，Vr（t）为参考信号。

则相关函数为：展开得：因为信号和噪声不相关，且噪声的平均值为零，所以都为零。

故：这样我们可以看到，两个信号经过相乘和积分处理后就可以把噪声抑制，锁相放大器的核心就是根据这个原理设计的。

2.设计方案的论证如图1所示，该方案将数字脉冲电位器用模拟移相器取代，其中移相器是由多个小模块依次作为输入产生不同的波形，最终实现将正弦信号调整为相位不同的方波信号。

且该处采用模拟器件容易实现，便于分级检测输出的波形，及时对硬件电路进行修正和改进。

图13.硬软件设计3.1 硬件的总体设计通过理论分析，该系统主要由由三部分组成，即：信号通道，参考通道和其他相关器。

加法器将被测信号S（t）和噪声信号n（t）以1：1叠加后通过电阻分压网络将叠加后的信号进行衰减。

信号通道由放大器和带通滤波器组成，其作用是把微弱信号放大到足以推动相关器的工作电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器动态范围的性能;参考通道由触发整形和移相器组成，其作用是产生与被测信号同步的对称方波，再由方波驱动给相关器;相关器由数字相敏检波器组成，是锁定放大的核心部件，具有动态范围大、漂移小、时间常数可调等性能。

四阶巴特沃斯1kHZ无限增益带通滤波器的设计制作与原理明晰分析

1KHZ带通滤波器的设计制作实训名称 : 1KHZ带通滤波器的设计与制作学院:专业、班级:指导教师:报告人:学号： 2011 时间： 2013.5.15摘要滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。

“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。

该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。

因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。

随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。

也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。

信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。

信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。

滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。

关键字：带通滤波器，四阶，巴特沃斯1、概述1.1 、滤波器介绍滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。

滤波器通常是一种能使某些频率的信号通过而同时抑制或衰减另外一些频率的信号的电子装置。

分图1滤波器为有源滤波器和无源滤波器。

主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。

滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。

滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。

ADL5565差分放大器与AD9467 ADC接口电路设计说明书

为窄带、高中频、16位、250 MSPS 接收机前端设计带通滤波器的谐振匹配方法评估和设计支持设计和整合文件原理图、布局文件、物料清单电路功能与优势图1所示的电路是一款16位、250 MSPS 、窄带、高中频接收机前端，其中在ADL5565差分放大器与AD9467 ADC 之间提供最佳接口。

AD9467是一款缓冲输入16位、200 MSPS 或250 MSPS ADC ，具有约75.5 dBFS 的SNR 性能和介于95 dBFS 与98 dBFS 之间的SFDR 性能。

由于具有高输入带宽、低失真和高输出线性度，ADL5565差分放大器适合驱动中频采样ADC 。

本电路笔记介绍了如何设计接口电路和抗混叠滤波器才能在保持高性能的同时确保最低信号损耗的系统化过程。

使用谐振匹配方法来设计最平坦的巴特沃兹四阶带通滤波器，中心频率为200 MHz 。

电路描述使用差分放大器来驱动高速ADC 的优势包括信号增益、隔离和ADC 与源阻抗匹配。

ADL5565允许6 dB 、12 dB 或 15.5 dB 的引脚绑定增益调整。

或者，通过对输入应用两个外部电阻，可在0 dB 至15.5 dB 范围内实现更精细的增益步进。

此外，ADL5565具有高输出线性度、低失真、低噪声和宽输入带宽。

3 dB 带宽为6 GHz ，0.1 dB 平坦度为1 GHz 。

ADL5565能实现大于50 dB 的输出三阶交调截点(OIP3)。

10560-001图1. 使用ADL5565差分放大器和AD9467 ADC 完成窄带高中频应用的谐振滤波器设计电路笔记Rev.0Circuits from the Lab™ circuits from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any Circuits from the Lab circuits. (Continued on last page)One Technology Way, P .O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 /zh Fax: 781.461.3113 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved.为实现ADL5565和AD9467必须提供的最佳性能水平，必须严格遵循各数据手册中指定的设计原则。

滤波器参数设计方案说明

滤波器参数设计方案说明一、设计指标1、滤波器函数类型：巴特沃斯、契比雪夫2、滤波器类型：低通、高通、带通3、中心频率或截至频率范围：1Hz～140kHz4、滤波器阶数：4阶5、输入信号范围：最大幅值4Vpp，最小幅值mV级6、输入信号：正弦波（0～40MHz）、方波（0～1MHz,默认占空比50%）两种，幅度可通过电位器调节7、输出信号：两级程控放大（0～96dB），一级程控衰减（0～48dB）二、设计中使用的公式及数据表2.1 中心频率及Q值计算公式'C)C=Q为各阶巴特沃斯和契c B C比雪夫对应的归一化系数；为带通滤波器的中心频率，BW为带通滤波器的带宽，Q’为带（2）Ω0通滤波器的品质因数。

表2.2 各阶滤波器二阶滤波器节B、C表注：契比雪夫滤波器的各阶系数是在通带波纹为0.1dB下求得。

表2.3 4阶滤波器设计参数表（采用归一化频率）注：（1）表中给出的巴特沃斯和契比雪夫滤波器系数均为4阶滤波器；（2）契比雪夫滤波器的通带波纹为0.1dB ，两种滤波器的带通模式下为'0/(Hz)5BP Q f BW ==时的参数，BW 为带通滤波器的带宽，Q ´为带通滤波器的品质因数。

三、低通滤波器设计 1、截止频率及Q 值计算由文献《有源滤波器精确设计手册》可以查得四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶节的B 、C 值，见表2.2。

根据表2.1，计算得到四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶滤波器节的Q 值，如表2.3，我们重新整理成表3.1。

表3.1 四阶低通滤波器各二阶滤波器节的Q 值和归一化频率2、0/clk f f 、Ｑ和工作模式编程参数的确定f clk /f 0编程参数的确定有两种方法：（1）固定f clk /f 0比值，即无需改变频率比的N F 编程值，通过改变时钟频率f clk 对应改变中心频率（截止频率）f 0值。

也即根据输入中心频率（截止频率）f 0计算得到时钟频率f clk 。

四阶巴特沃斯1kHZ无限增益带通滤波器的设计制作与原理明晰要点

1KHZ带通滤波器的设计制作实训名称:1KHZ带通滤波器的设计与制作学院:专业、班级:指导教师:报告人:学号：2021时间：摘要滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。

“波〞是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波〞被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。

该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。

因为自变量时间,是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(AnalogSignal)。

随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速开展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。

也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丧失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。

信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。

滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。

关键字：带通滤波器，四阶，巴特沃斯1、概述、滤波器介绍滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。

滤波器通常是一种能使某些频率的信号通过而同时抑制或衰减另外一些频率的信号的电子装置。

分图1滤波器为有源滤波器和无源滤波器。

主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。

滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。

滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。

电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比拟纯洁的直流输出。

设计作业(电子专业)

一、供电电源电路设计某一供电系统，采用电池供电，电池电压为3.6V，使用一段时间后，会逐渐下降到3.1V，低于3.1V认为电池耗尽。

电路中要求两路电压供电，+3V/200毫安和－3V/20毫安，要求设计的供电电路，纹波尽量低，效率尽量高，尽量降低电源电路自身耗电。

自己选择稳压芯片，画出电路图，给出所选择的芯片的主要参数，论述所设计的合理性和实用性。

不允许使用专用DC—DC变换模块。

答：电路图如下所示：LT3970作为稳压芯片。

ICL7660将+3V芯片直接转化为-3V。

LT3970 是一款可调频率、单片式、降压型开关稳压器，可接受一个高达 40V 的宽输入电压范围，且仅消耗 2.5μA 的静态电流。

芯片上内置了一个高效率开关和箝位二极管、升压二极管以及必需的振荡器、控制器和逻辑电路。

低纹波突发模式操作在低输出电流条件下保持了高效率，并在典型应用中将输出纹波抑制在 5mV 以下。

电流模式拓扑结构用于实现快速瞬态响应和上佳的环路稳定性。

一个箝位二极管电流限值提供了针对短路输出和过压条件的保护作用。

该器件提供了一个具准确门限的使能引脚，从而产生一个 0.7μA 的低停机电流。

当 VOUT 达到编程输出电压的 90% 时，电源良好标记电路将发出指示信号。

通过LT3970将3.6V电压转换为3V。

题目要求还要输出-3V电压，所以采用ICL7660将+3V芯片直接转化为-3V。

ICL7660是Maxim公司生产的小功率极性反转电源转换器。

ICL7660的静态电流典型值为170μA，输入电压范围为1.5-10V，效率高达98％，输出功率可达700mW，符合输出200mA的要求。

二、倍频电路设计：在电力系统数据采集过程中，常用到倍频电路。

电网频率的变化范围为48HZ~50HZ,将此信号倍频256。

即设计一个电路，输入为48HZ~52Hz的峰峰值为5V的正弦波信号，输出为12.288K~13.312K的方波信号，要求画出原理图，对所用芯片功能以及所用电压要清楚描述。