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。

（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）

图1 LC 并联谐振回路

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，

，称为回路品质因数，其值一般在几十至

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

图

2

(a) 阻抗频率响应(b) 相频响应

通常，所以。可见谐振时，LC并联电路的回路电

流或比输入电流大得多，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

t

冲激响应

根据谐振电路条件 z(jw)的虚部为零，上式化简可得w=

L

R C C 2

2

L -（谐振频率）

Ｑ＝H(jw)=4500100111

45010=Ω

⨯

⨯==H KHz LG W U

S

c

Ｕ

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2/)(0n G f n =，由式（6-20），取任意数

k=2/0n ,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)=[]df ft j fT j f p )2exp()2exp()(*ππ⎰

∞∞

-- (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)=())(12t t s s -,所以 h(t)=()()t T t T s s ---12 (6-25)

式6-25表明，滤波器冲击响应式与()t s 2和()t s 1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()t s 2和()t s 1, 图6-5(c)是波形p(t)=())(12t t s s -，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<0,

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)=())(12t t s s -

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

ξξξd T h V T T

)()(V 0

-=⎰∞

-）

（

这里V （ξ）是含有噪声的接收机输入信号。式中以

()()()ξξξ---=T T h s s 12代入，并注意到，ξ∉（0，T ）,h(ξ)=0 则上式可记为

()()()()[]ξξξξd V T S S T

!

2

V -=⎰

()ξξξξξξd V d V S S T

T )()()(10

20

⎰⎰-= （６－２６）

图６－７ 积分清洗滤波器工作原理图

四 电路仿真：