中频带通滤波器

中频带通滤波器

综合课程设计报告

实验名称：电子设计

学院：通信与信息工程学院

题目一

基于并联谐振回路的中频带通滤波器的设计

一设计目的

1 并联谐振回路的应用很广泛，本设计考虑利用它设计中频积分清洗滤波器。

2 要

设计一个高Q 值的并联谐振回路作为中频选取。二设计要求

1 要求熟悉并联谐振回路的工作原理，分析其电路参数。

2 要求设计一个工作频率

为450KHZ 的中频积分清洗滤波器，给出设计的电路参数，分析其工作过程，实用电路仿

真软件进行仿真。 3设计小组中要有明确的分工，每个人必须有明确的任务。 4书写及

设计方案均用A4纸打印以便统一装订成册。三设计内容 1设计原理

LC 振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感和电容组成。

常见的LC 正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络

采用LC 并联谐振回路。选频电路是利用电路相频特性与相幅特性的原理工作的, 当输入

信号的某个频率与选频网络的固有频率相同时, 它的输出信号的相位与输入信号相位相同, 而且幅值最大. 而选频网络对其它的频率的信号的阻抗都比固有的频率大, 所以衰减的都

比较利害, 最后只有输出幅值最大的那个信号能顺利的通过选频电路. 所谓选频，实际上

是允许特定信号不是真通过，而其他信号不能通过。利用频域分析法进行分析，假如输入

信号为Ui （w ），输出信号为U(w),而选频网络传输特征信号为Ho(w),则有

Uo(w)=H(w)Ui（w ）。（1）电路选择

选择的电路如图1所示，因为本课程要求设计的是高Q 值的并联谐振回路作为中频选取。所以此电路图更符合设计要求，也便于进行电路分析。

图1 LC并联谐振回路

（2）电路分析

LC 并联回路如图1所示，其中R 表示回路的

等效损耗电阻。由图可知，LC 并联谐振回路的等效阻抗为

（1）

考虑到通常有

，所以

（2）

（3） LC 并联谐振回路的特点

由式（2）可知，LC 并联谐振回路具有以下特点：

1）回路的谐振频率为

或

（3）

2）谐振时，回路的等效阻抗为纯电阻性质，并达到最大值，即

（4）

式中，

几百范围内

由式（2）可画出回路的阻抗频率响应和相频响应如图2所示。由图及式（4）可见，R 值越小，Q 值越大，谐振时的阻抗值就越大，相角频率变化的程度越急剧，选频效果越好。

3）谐振时输入电流与回路电流之间的关系

由图1和式（4）有

，称为回路品质因数，其值一般在几十至

图

2

阻抗频率响应 (a)

(b) 相频响应

通常

，所以

。可见谐振时，LC 并联电路的回路电

比输入电流

大得多，即

的影响可忽略。这个结论对于分析LC 正弦波振荡电路的相位关系十分有用。（4）电路参数的设计及计算

h(t)

t

冲激响应

t

根据谐振电路条件 z(jw)的虚部为零，上式化简可得w=

c

=W 0Ｑ＝H(jw)=L -C C L

2

2

（谐振频率）

U

S

11

=450KHz ⨯=4500

1LG 1H ⨯

100Ω

电路参数：L=1000mH R= 100Ω C=5uF （5）滤波器工作原理及过程分析： 1）匹配滤波器接收机

如果信道噪声是白噪声，且功率谱密度G n (f ) =n 0/2，由式（6-20），取任意数

k=n 0/2, 则滤波器最佳传输函数为H(f)=p*(f)exp(-j2πfT) (6-23) 滤波器冲激响应则是 h(t)=⎰

[p *(f ) exp(-j 2πfT ) ]exp(j 2πft ) df (6-24)

式中p*(f) 的傅里叶反变换为p(-t) ,exp(-j2πfT) 表示延迟ＴS 于是得到h(t)为

h(t)=p(T-t) 又因为p(t)=s 2(t )-s 1(t ) , 所以 h(t)=s 2(T -t )-s 1(T -t ) (6-25)

式6-25表明，滤波器冲击响应式与s 2(t )和s 1(t )匹配，因而称这种滤波器为匹

配滤波器。下面以图6-5所示波形作为例子，来说明式（6-25）的物理含义。图6-5（a ）和图6-5（b ）表示持续时间为T K 的s 2(t )和s 1(t ), 图6-5(c)是波形p(t)=s

2(t )-s 1(t ) ，图6-5（d ）表示p(t)对于t=0的镜像p(-t),图6-5（e ）表示滤波器

的脉冲响应 h(t)=p(Ｔ-t). 它是p(-t)沿正t 方向平移T 的结果。这里要注意，滤波器

是“因果的”（即当t

h(t)=0)且脉冲响应持续时间为Ｔ。后者保证了第K 比特间隔终止时刻的输出信号分量，仅仅由等K 比特间隔内的输入信号产生，因此没有信号间干扰，这与前

(a)

t

P(t)=s 2(t )-s 1(t )

t

一般来说，要实际得到这种匹配滤波器是非常困难的。式（6-23）的传递函数只能做

比较精确的近似。下面是匹配滤波器的一种替代形式，可以用很简单的电路实现。

2）积分清洗滤波器（相关接收机）的工作原理及过程

这种相关接收机是最佳检测接收机的另一种形式，其实现方法与匹配滤波器不同。接

收机在t=T时刻的输出是

=⎰V （T ）

T

-∞

V (ξ) h (T -ξ) d ξ

这里V （ξ）是含有噪声的接收机输入信号。式中以

h (ξ)=s 2(T -ξ)-s 1(T -ξ)代入，并注意到，ξ∉（0，T ）,h(ξ)=0 则上式可

记为