微波滤波器小型化设计

微波滤波器小型化设计
微波滤波器小型化设计

第9卷 第16期 2009年8月167121819(2009)1624637204 

科 学 技 术 与 工 程

Science Technol ogy and Engineering

 Vol 19 No 116 Aug .2009

Ζ 2009 Sci 1Tech 1Engng 1

微波滤波器小型化设计

姬五胜

1,2

 彭清斌

23

(兰州城市学院电子信息研究所1,兰州730070;兰州理工大学计算机与通信学院2,兰州730050)

摘 要 分析了广义切比雪夫函数和耦合矩阵综合,提出综合广义切比雪夫函数和阶跃阻抗谐振器设计小型化滤波器。采用同轴阶跃阻抗谐振器设计了中心频率为2.14GHz,带宽为60MHz 的交叉耦合滤波器,同时分析了同轴阶跃阻抗谐振器耦合实现方法和电路形式,证明了该方法的可行性,并获得很好的试验结果。同交叉耦合滤波器比较,设计的滤波器体积减小了30%。

关键词 广义切比雪夫函数 交叉耦合 阶跃阻抗谐振器 同轴滤波器中图法分类号 T N713.7; 文献标志码 

A

2009年4月20日收到

甘肃省自然科学基金(3ZS061-A25-058)资助

第一作者简介:姬五胜,男,教授,研究方向:微波互连,微波多层滤波器等。

3

通信作者简介:彭清斌,男,硕士,研究方向:微波通信器件设计、电

磁场计算技术等。E 2mail:qingbin99@g mail .com

随着移动通信系统的快速发展,无线电频谱变得越来越拥挤,同时对微波滤波器提出了更高的要求,尤其是要求更高的带外抑制特性和具有更小的体积。采用广义切比雪夫函数设计的交叉耦合滤波器,能通过引入传输零点来提高通道的选择性,即提高了带外抑制特性。同直接耦合形式相比,在相同带外抑制条件下,交叉耦合滤波器具有更少的阶数,从而减小了滤波器体积。在分析交叉耦合的基础上,提出采用阶跃阻抗谐振器实现滤波器,并分析了耦合电路实现方法和电路形式。同时设计了同轴交叉耦合滤波器,获得了很好的试验结果。

1 广义切比雪夫函数原型

R ichard J.Ca mer on 给出了广义切比雪夫滤波

器的原型传输函数

[1]

:

|s 21|2

=

1

1+ε2

C 2

N (ω)

(1)式中ε为带内纹波系数,它与通带内的回波损耗RL

有关,ε=

1

10RL

10-1

。C N (ω)为广义切比雪夫函数。

C N (ω)=ch [

∑N

i =1

ch

-1

(x i )](2)

其中x i =ω-1

ωi

1-ωωi ,ωi 是传输零点,N 为滤波器阶数,

也是传输零点的总数。可以证明,当|ω|=1,C N =1;当|ω|<1,C N ≤1;而当|ω|>1,C N >1。如果传输

零点均为无限传输零点(ωi →∞),则广义切比雪夫函数与传统的切比雪夫函数相同。

2 交叉耦合及其实现

具有带外有限传输零点的滤波器,常常采用谐振器多耦合的形式实现

[1]

。这种形式的特点是在

谐振器级联的基础上,非相邻腔之间可以互相耦合即“交叉耦合”,甚至可以采用源于负载的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如图1所示。在等效电路模型中,R 1、R 2分别为电源内阻和负载内阻,i k

(k =1,2,3,…,N )表示各谐振腔的回路电流,M ij 表

示第i 个谐振腔与第j 个谐振腔之间的互耦合系数

(i,j =1,2,…,N ,且i ≠j ),而源/负载与各腔之间的

耦合系数分别用M S i /M i L 表示。M kk 表示各谐振腔之

间的自耦合系数

图1 交叉耦合网络

这个电路的回路方程可以写为:

e 1

00

(00)

=

R 1j M s 1j M s 2…j M s N j M s L j M s 1

s j M 12…j M 1N j M 1L j M s 2

j M 12

s

…j M 2N

j M 2L

…ω…

j M s N j M 1N ……s j M NL j M s L

j M 1L

j M NL

R 2

 

i s i 1

i 2

i N i L (3)

或写成矩阵方程的形式:

E =Z I =(s U +j M +R )I

(4)

其中

s =j ω+

1

j

ω=j ω-

1

ω

(5)

E 为电压矩阵,I 为电流矩阵,Z 为阻抗矩阵;U

是N ×N 阶单位矩阵,M 是耦合矩阵。

M =

M s 1M s 2…M s N M s L M s 1

M 11M 12…M 1N M 1L M s 2

M 12

M 22

…M 2N M 2L

…ω

……

M s N M s 1……M NN M NL

M s L

M s 1

…M NL

(6)

其中对角线上的元素代表每一个谐振回路的自耦合,表示每一个谐振腔的谐振频率f i 与中心频率f o 之间的偏差。

例如当中心频率f o 为2GHz ,带宽为50MHz ,回波损耗小于-30dB 五阶滤波器,要求传输零点位置在f o ±100MHz 处,则可综合出耦合矩阵M 为:

M =

01.09210001.0921-0.00010.7299-0.0005-0.039100.72990.00070.756500-0.00050.7565

-0.00011.09140

-0.0391

1.0914

3 交叉耦合滤波器设计

设计了中心频率为2.14GHz,带宽为70MHz,

回波损耗小于-22dB 的五阶滤波器,经过综合变换得到耦合矩阵为

M =

00.90230000.9023-0.00010.6465-0.0006-0.036800.64650.00010.673400-0.00060.6671

-0.00010.90160

-0.0368

0.9016

谐振腔设计中采用阶跃阻抗同轴腔[2]

实现,其结

构如图2所示。阶跃阻抗谐振器可以在不减小无载

Q 的情况下可缩短谐振器长度,从而减小了滤波器尺

寸,且具有良好的滤波性能。设计中取阻抗比R Z =0.36,同时考虑开路端电容值远大于均匀阻抗谐振器

开路端的分布电容值,及阻抗不连续性引起的电容分

布,最终得中心导体高阻抗部分和低阻抗部分长度分别为l 1=10.2mm 、l 2=8.4mm 。在设计中,对各级谐振器中心导体长度做了微小的调整,以消除由于谐振器级联耦合和交叉耦合引起的谐振频率变化。

图2 阶跃阻抗同轴腔实现谐振腔示意图

由于阶跃阻抗谐振器的电磁分布情况较均匀阻抗谐振器的复杂,由电磁场理论可知,阶跃阻抗谐振器电场主要分布在同轴低阻抗部分和开路端部分,而磁场分量主要集中在同轴短路端。由阶跃

8364科 学 技 术 与 工 程9卷

阻抗谐振器电场和磁场分布较为集中,可分别采用

耦合杆耦合形式和窗口耦合形式来实现谐振器级联耦合和交叉耦合。

由耦合矩阵可知,级联耦合系数值较大,采用调节耦合杆实现双腔级联耦合(如图3所示),其中调节耦合杆直径为4mm 。采用HFSS 仿真可得耦合杆长度与耦合系数的关系,如图4所示。可以看出,随着耦合杆长度的变大,级联耦合系数也变大。最终确定耦合杆长度分别为:l 12=11.61mm;l 23=10.13mm;l 34=10.56mm;l 45=11.58

mm;

谐振器交叉耦合采用窗口形式实现,由交叉耦合滤波器传输零点独立性

[3]

,可通过微调交叉耦合

窗口来调节传输零点位置。交叉耦合滤波器最终结构如图5所示。各级谐振器内导体长度有微小的调整,以消除由于谐振器耦合引起的谐振频率变化。图6为图5所示结构滤波器回波损耗和反射参

量仿真值

从图6可以看出,设计的滤波器在通带范围内回波损耗小于-20d B ,同时在中心频率的上下频带均产生传输零点,使得带外抑制在f o ±100MHz 处小于-70d B ,这就很好的提高了带外抑制特性。

5 结论

介绍了广义切比雪夫函数和耦合矩阵的综合方法,并在此基础上提出通过交叉耦合形式实现阶

跃阻抗谐振器级联来设计滤波器,通过滤波器设计证明了这一设计方法的可行性。由于阶跃阻抗谐振器的引入,使得设计的滤波器在减少滤波器阶数的基础上进一步减少了谐振器的长度,从而更进一步减少了滤波器体积。同相同滤波性能和阶数的交叉耦合滤波器比较,综合广义切比雪夫函数和阶

9

36416期姬五胜,等:微波滤波器小型化设计 

跃阻抗谐振器设计的滤波器,在体积上减小了30%。并且阶跃阻抗谐振器同交叉耦合的结合极大地简化了设计过程,减少了调试强度,具有广泛的工程应用价值。

参 考 文 献

1 Camer on R J.General coup ling matrix synthesis methods for Cheby2

shev filtering functi on.I EEE Trans on MTT,1999;47(4): 433—442

2 Saga wa M,Maki m ot o M,Ya mashita S.Geometrical strucrures and fun2 da mental characteristics of m icr owave stepped i m pedance res onat ors.

I EEE Trans on MTT,1997;45(7):1078—1085

3 程 兴,苏 涛,梁昌洪.交叉耦合滤波器设计与传输零点的独立性分析.微波学报,2006;(01):34—38

D esi gn of M i n i a tur i za ti on M i crowave F ilter

J IW u2sheng1,2,PENG Q ing2bin2

(I nstitute of Electr onic I nf or mati on Science and Technol ogy,Lanzhou City University1,Lanzhou730070P.R.China;

School of Computer and Communicati on,Lanzhou University of Technol ogy2,Lanzhou730050,P.R.China)

[Abstract] The generalized Chebyshev functi on and coup ling matrix synthesis is analyzed,and the design meth2 od of m iniaturizati on filter by synthesizing with net w ork for m s and step2i m pedance res onat or is p resented.A cr oss2 coup ling filter with center frequency of2.14GHz and bandwidth of60MHz is designed,and an analysis of the real2 izati on of the coup ling method and circuit for m is given.This design p r oves the feasibility of the method and ob2 tained very good experi m ental results.The designed filter reduces the volume of30%.

[Key words] generalized Chebyshev functi on cr oss2coupling stepped2i m pedance res onat or coaxial filter

(上接第4636页)

5 Zhao W,Ma H,Zhang W,et al.Envir onmentally stable yt2terbium figure2of2eight fiber laser p r oducing177—fs pulses.Op t Comm, 2007;273:242—245

6 Won B C,Jong H Y,Sun Y C,et al.Mode2l ocked self2starting Cr:

f orsterite laser usin

g a single2walled carbon nanotube saturable abs orb2

er.Op tics Lett,2008;33:2449—2451

7 Max A S,Elena D O,Anat oly S L,et al.Mode2l ocked1.93μm

thulium fiber laser with a carbon nanotube abs orber.Op tics Lett, 2008;33:1336—1338

8 Tang D Y,Zhao L M.Generati on of472fs pulses directly fr om an er2 bium2doped fiber laser.Op tics Lett,2007;32:41—43

9 贾玉磊,令维军.声光锁模全固态皮秒激光器的实验研究.科学技术与工程,2009;9(8):2189—2191

10 Hauck R,Kortz H P,W eber H.M isalignment sensitivity of op tical res onat ors.App l Op t,1980;19:598—603

S i de D i ode2rad i a l2pum ped A ll2soli d2st a te Acti vely M ode2locked Nd:YAG La ser

J I A Yu2lei1,3,L ING W ei2jun2,3

(China University of Petr oleum1,Huadong,Dongying257062,P.R.China;Xiπan I nstitute of Op tics and Precisi on Mechanics, Chinese Academy of Sciences2,Xiπan710119,P.R.China;I nstitute of Physics,Chinese Acade my of Sciences3,Beijing100080,P.R.China) [Abstract] An actively mode2l ocked Nd:Y AG laser is reported with an acoust o2op tic modulati on device.Emp l o2 ying the co mpact pu mp module which utilize a radial array of cl ose2coup led di ode laser arrays for efficient direct side pump ing of the Nd:Y AG r od.A s well as,a phase2l ock l oop circuit is obtained10-W continuous2wave mode2 l ocked stable pulses and the pulse width is488p s.

[Key words] all2s olid2state laser actively mode2l ocked p icosecond laser

0464科 学 技 术 与 工 程9卷

微波带通滤波器设计

文章编号:1009-8119(2005)12-0036-02 基于SERENADE软件的微波带通滤波器的设计和仿真 张磊夏永祥 (北京理工大学信息科学技术学院,北京 100081) 摘要论述了应用Ansoft 公司的Serenade 8.7 微波仿真软件设计微波带通滤波器的方法,并给出了优化仿真结果。试验结果表明,利用此软件的优化结果设计出的滤波器具有良好的滤波性能,而且无需调试,一致性好,适用于工程设计。 关键词带通滤波器,Ansoft, 耦合微带线 Design and Simulation of Microwave Band-pass Filter Based on SERENADE Zhang Lei Xia Yongxiang (School of Information and Science,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081) Abstract In this paper,the method of design and simulation of microwave band-pass filter based on Serenade8.7 was introduced,and one specific design and simulation is given too. Through the result of the test, we can see that the filter designed based on Serenade8.7 has very good performance and consistency. Keywords Microwave filter,Ansoft, Microstrip line 1 引言 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,因此,微波带通滤波器便成为现代电子系统中的一种关键部件,它的好坏直接决定系统的整体性能。微带平行耦合带通滤波器是工程上较为常见的一种微波带通滤波器,它是根据反对称原型滤波器设计的,这样构成的平行耦合滤波器是关于其中心对称的。它由N节平行耦合微带线组成,两个微带线之间通过平行耦合线进行耦合,这些耦合线的两端开路,长度在中心频率上为半个波长,这种滤波器可看作由N+1个平行耦合节组合而成,这些耦合节在中心频率上是1/4波长。它的输入、输出由微带T型接头与之相连接,输入、输出阻抗为50欧姆。具有结构简单,易于实现微波部件和系统的集成化等优点。 传统的滤波器设计计算方法比较复杂,而且工作量十分大,而由于现在软件技术的飞速发展,设计手段也变得越来越多,工作效率也越来越高。本设计就是利用ANSOFT公司的SERENADE软件来进行设计和优化。 2 设计步骤 本文所述的微波带通滤波器的设计方法主要包括两个部分: 1.将标准切比雪夫低通滤波器变换为符合要求的特定带通滤波器。 ①首先建立归一化低通切比雪夫滤波器的结构; ②利用频率变换将其低通频率特性变换为带通滤波器频率特性。 2.根据将集总参数元件变为分布参数元件的Richards变换和Kuroda规则用分布参数元件实现这些滤波器。 3 设计实例 滤波器设计要求如下。 信号带宽:1638~1658MHz。 插入损耗:小于1.5dB。 带内波动:小于±0.2dB。

带通滤波器的设计

目录 一.设计概述 二.设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三.设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四.所用器件 五.实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六.实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献

一.设计概述 根据允许的通过的频率范围,可以将滤波器分为低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器和带阻滤波器4种。其中,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。 在滤波器中,信号能够通过的范围成为通频带或通带,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带,通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器,通带范围内则完全平坦,对传输信号基本没有增益的衰减作用,其次,通带之外的所有频率均能被完全衰减掉,通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中,主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW,上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下,为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力,可采用固定带宽带通滤波器(如收音机的选频)。所选带宽越窄,则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围,所需要的滤波器数量就很大。因此,在很多场合,固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的,而是利用一个参考信号,使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化,其中,参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器,经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二.设计任务及要求 1)设计任务 带通滤波器的设计方案有很多,本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器,通过多级反馈,减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性,设计一个带宽检测电路,通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2)设计要求 (1)性能指标要求 1.输入信号:有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换,分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW

微带滤波器的设计复习过程

微带滤波器的设计

解析微带滤波器的设计 微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。在微波电路系统中,滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来在微波电路系统应用广泛,其中用微带做滤波器是其主要应用之一,因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。 滤波器(filter),是一种用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,就是滤波器,其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。 1 微带滤波器的原理 微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器,而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄,虽然不能满足所有的应用场合,但是由于它设计简单,因此在某些地方还是值得应用的。 微带滤波器是在印刷电路板上,根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。 2 滤波器的分类 最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。

低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。 带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。 按滤波器的频率响应来划分,常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及等;按滤波器的构成元件来划分,则可分为有源型及无源型两类;按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯(Stephen Butterworth)在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。 切比雪夫滤波器,又名"车比雪夫滤波器",是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布,以"切比雪夫"命名,是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫(ПафнутийЛьвовичЧебышёв)。 3 微带滤波器的设计指标 微带滤波器的设计指标主要包括: 1绝对衰减(Absolute attenuation):阻带中最大衰减(dB)。 2带宽(band width):通带的3dB带宽(flow-fhigh)。

(整理)带通滤波器设计

实验八 有源滤波器的设计 一.实验目的 1. 学习有源滤波器的设计方法。 2. 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3. 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二.预习要求 1. 根据滤波器的技术指标要求,选用滤波器电路,计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果,写出设计报告。 3. 制定出实验方案,选择实验用的仪器设备。 三.设计方法 有源滤波器的形式有好几种,下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为: n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω , n=1,2,3,. . . (1) 写成: n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω (2) )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数,ωC A uo 为截止角频率,n 称为滤波器的阶。从(2) 式中可知,当ω=0时,(2)式有最大值1; 0.707A uo ω=ωC 时,(2)式等于0.707,即A u 衰减了3dB ;n 取得越大,随着ω的增加,滤波器的输出电压衰减越快,滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时, n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( (3) 图1低通滤波器的幅频特性曲线

两边取对数,得: lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ (4) 此时阻带衰减速率为: -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频,该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中,S L = c s ω,ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器,其传递函数: c c uo u s A s A ωω+= )( (5) 归一化的传递函数: 1 )(+= L uo L u s A s A (6) 对于二阶低通滤波器,其传递函数:2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = (7) 归一化后的传递函数: 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A (8) 由表1可以看出,任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器,可以由2n 节二阶滤波器级联而成;而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二

带阻滤波器.

电磁波与微波技术课程设计 带阻滤波器的设计与仿真 课题:带阻滤波器的设计与仿真 指导老师: 姓名: 学号:

绪言 带阻滤波器是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器, 微波滤波器具有选频、分频和隔离信号等重要作用,在现代微波毫米波通信、卫星通信、遥感和雷达技术等系统中应用广泛,其性能的优劣将直接影响到整个系统的运行质量。而带阻滤波器作为微波滤波器的一种,在通信系统中也起着十分重要的作用。通常在许多微波系统中,要求信号传输时,衰减应尽可能的小,而对不需要的噪声、干扰、杂散等则要抑制掉,即需具有很高的衰减度。带阻滤波器适于在宽频范围滤除某窄带频,无线通信系统中抑制高功率发射机、非线性功放的杂散频谱以及带通滤波器的寄生通带等,这时,如采用一个或几个带阻滤波器来抑制它们,就比采用带通滤波器的宽阻带来抑制更加灵活有效。

目录 1.课程设计要求 (4) 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 (4) 2.1理查德变换 (5) 2.2科洛达规则 (7) 3.设计步骤 (7) 3.1ADS 简介 (7) 3.2设计步骤、计算及仿真 (8) 3.3优化设计过程 (20) 3.4对比结果 (23) 4.心得体会 (24) 5.参考文献 (24)

1.课程设计要求: 1.1 设计题目:带阻滤波器的设计与仿真。 1.2设计方式:分组课外利用ads软件进行设计。 1.3设计时间:第一周至第十七周。 1.4 带阻滤波器中心频率:5.8GHz;相对带宽:9%;带内波纹: <0.2dB。 1.5 滤波器阻带衰减>25dB;在频率5.3GHz和6.3GHz处,衰 减<3dB;输入输出阻抗:50Ω。 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 当频率不高时,滤波器主要是由集总元件电感和电容构成,但当频率高于500Mz时,滤波器通常由分布参数元件构成,这是由于两个原因造成的,其一是频率高时电感和电容应选的元件值小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件;其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近,滤波器元件之间的距离不可忽视,需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线

微波滤波器的发展历史趋势及种类

微波滤波器是一类无耗的二端口网络,广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中,在系统中用来控制信号的频率响应,使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器,而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。 微波滤波器的分类方法很多,根据通频带的不同,微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器;按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型;根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器;按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。 发展历史: 在1937年,由W.P Mason和R.A.Sykes发表的文章中首先研究了微波滤波器,他们是利用了ABCD参数推导出了大量有用滤波器相位和衰减函数。应用映像参数方法当时主要在美国各大实验室中,例如在Mn’实验室里,他们重点研究波导滤波器,而在Harvard实验室重点研究宽带低通、带通同轴及窄带可调谐滤波器。映像参数方法的工作大多在MIT实验室由Fano和Lawson完成,他们的著作对于微波滤波器有比较清晰的介绍,甚至在40年后还有应用价值。在随后的微波滤波器理论的研究和发展过程中,许多专家和学者作出了重大的贡献。Cohn在集总元件低通滤波器原型机的基础上第一个提出了方便实用的直接耦合空腔滤波器理论。上世纪60年代,G.L.Matthaei在其专著中对微波滤波器的经典设计方法作出了较全面、系统的介绍,但主要针对最平坦型和契比雪夫型,未涉及椭圆函数型和广义契比雪夫型。70年代初,A.E.Williams和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低阶滤波器。A.E.Atia,A.E.Williams和R.W.Newcomb对交叉耦合合展开研究,总结出传输零点对称分布时的偶模网络和相应的偶模矩阵的综合方法。Levy建立了集总和分布原型的元件公式间的联系,给出了推导原型元件的简单而准确的公式;Rhode建立起了线性相位滤波器理论。1999年Richard J.Cameron把广义契比雪夫滤波器的传输零点由实数扩展到复数,从而将传输零点和时延结合起来研究,提出用循环递归的方法构成广义契比雪夫的传输和反射函数多项式,根据导纳矩阵和部分分式展开求取留数,再利用施密特正交变换的方法综合耦合矩阵,其矩阵综合和消零计算量较大。如何将不可实现或不是最简的耦合元素消零成为研究热点,但目前国际上主要采用相似变换(矩阵旋转)尽可能多地消去非零元。这一系列贡献,都可以说是微波滤波器发展史上的重大突破。

有源带通滤波器设计

二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路,它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等,目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成,60年代以来,集成运放获得迅速发展,由它和R、C组成的有源滤波电路,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外,由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高,输出阻抗比较低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应,常把能够通过信号的频率范围定义为通带,而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带,通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布,滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例,介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成,组成电路选用LM324不仅可以滤波,还可以进行放大。 关键字:带通滤波器 LM324 RC网络

目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)

微波滤波器的设计及实例

滤波器(Filter ) (一)滤波器之种类 以信号被滤掉的频率范围来区分,可分为「低通」(Lowpass)、「高通」(Highpass)、「带通」(Bandpass)及「带阻」(Bandstop)四种。 若以滤波器原型之频率响应来分,则常见有「巴特沃斯型」(Butter-worth)、「切比雪夫I型」(Tchebeshev Type-I)、「切比雪夫II 型」(等几类。 Active)及「被动型」(Passive)型」(L-C Lumped)及「传输线型」( (Interdigital)、「梳型」()及「发针型」 )、「柴比雪夫I 型」(

(二)「低通滤波器」设计方法 (A)「巴特沃斯型」(Butterworth Lowpass Filter) 步骤一:决定规格。 电路特性阻抗(Impedance): Zo (ohm) 通带截止频率(Cutoff Frequency): fc (Hz) ): Ap (dB) ):Ax(dB) ≥ N )。 1 、 1g1 = = + n g N K N K g K ,...., 2,1 , 2 )1 2 ( sin 2= - ? = π 步骤四:先选择「串L并C型」或「并C串L型」,再依公式计算实际电感电容值。 (a)「串L并C型」 Zo f g C f Zo g L c even even C odd odd? = ? = π π2 , 2 (b)「并C串L型」 c even even C odd odd f Zo g L Zo f g c π π2 , 2 ? = ? =

(B)「切比雪夫I型」(Tchebyshev Type-I Lowpass Filter) 步骤一:决定规格。 电路阻抗(Impedance): Zo (ohm) 通带截止频率(Cutoff Frequency): fc (Hz) 阻带起始频率(Stopband Frequency): fx (Hz) 通带涟波量(Maximum Ripple at passband): rp (dB) :Ax(dB) N≥ 1 10 10 10 / 10 / 2 - =- rp Ax N 步骤三:计算原型组件值(Prototype Element Values,g K)。 N K B g A A g A g K K K K K ,..., 3,2 , 4 2 1 1 2 1 1 1 = ? = = - - - α γ α 其中 N K ( sin B N ,..., 2,1 K , N 2 )1 K 2( sin A N 2 sinh , 37 . 17 rp coth ln 1 cosh N 1 cosh 2 2 K K 1 π + γ = = π - = β = γ ? ? ? ? ? ? = β ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ε = α-

带通滤波电路设计

带通滤波电路设计一.设计要求 (1)信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间; (2)滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内,而在 范围内; 100 Hz至10 kHz滤波 (3)在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ,而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二.电路组成原理 由图( 1)所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较, 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图(2),可以构成带通滤波电路,条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L,两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图( 1) 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L

│A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图( 2) 三.电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路,在通带内我们设计为单位增益。根据题意,在频率低端f=10HZ 时,幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时,幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ,有源器件仍选择运放 LF142,将这两个滤波电路串联如图所示,就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ,因此,由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益(Avf1 ) 2=( 1.586 )2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。

微波滤波器设计的新观点

传统的微波滤波器设计方法从滤波器特性曲线入手,通过网络综合得到集总参数元件的组成模型,进而再用分布参数元件逼近集总参数元件,从而将电路结构由集总参数变为分布参数[1-2]。对于初次接触滤波器设计的人员来说,这种方法具有直观易懂的优点,但是其缺点在于由集总参数模型向分布参数模型转变的过程中,因为分布参数元件频率特性复杂,建模难度较大。现有的文献中只有少数几种分布参数的电路形式有完整的建模分析过程,对于不同的情况下的工程设计有一定的缺憾。近年来复合左右手传输线等新型结构因其能大幅缩短电路尺寸,而在微波电路中展现了良好的应用前景,将复合传输线应用到微波滤波器设计中,成了滤波器设计的一个发展的新趋势[3-4]。 随着计算机性能的提高和电路设计软件功能的完善[5-6],本文提出了一种滤波器设计的新观点。从滤波器的频率特性曲线出发,尝试直接进行分步参数滤波器的设计,去掉了集总参数模型的建模环节,改用软件分析代替。 理想的滤波器频率特性曲线,可用一个门函数表示。对其做傅里叶级数展开,可将原函数用在区间内的无穷多项三角函数进行逼近。在实际应用中,取该级数的前若干项,逼近后的新函数和原函数相比,通带不再是理想的平坦特性,通带和阻带之间也有一定的过渡带,过渡带的长度由所取的项数决定;另一个不同之处是新函数比原函数多了寄生通带, 原因在于选用的逼近函数是周期性的,三角函数的周期性和微带线的周期性十分相近,因此可以考虑利用不同微带线的组合来逼近滤波器频率特性曲线。 1微带线单元模型的频率特性分析 一个微波滤波器可以看作是如下单元的某种组合。 1) 单段微带线 ,如图1所示。 阻抗匹配的微带线在很宽的频段内近似为一条直线,随着频率增加,损耗略有增大。这是由于微带线本身是有耗的,波数中的阻抗系数随频率增加而增大。非阻抗匹配的微带线为近似正弦曲线,且微带线特性阻抗偏离匹配阻抗值越大时,正弦曲线的幅值越大。 将若干段微带线直接级联,可以组成近似的滤波器特性曲线,这种方式需要多节微带线,电路尺寸较大。 2)窄边耦合的微带线,如图2所示。 图2窄边耦合的微带线 Fig.2Narrow -coupled microstrip line 微波滤波器设计的新观点 白志强,丁君,郭陈江 (西北工业大学电子信息学院,陕西西安710129) 摘要:根据三角级数展开理论,将理想滤波器特性曲线做级数展开,然后用单节微带线逼近展开式中的一项或多项,级联后逼近理想的滤波器特性曲线。该方法避免了传统滤波器设计方法中的微带线建模分析的困难,在设计出的电路形式中,各单元的作用更易理解,给滤波器的调节也带来了方便。最后给出了该方法的设计实例,具有较好的频率特性曲线。 关键词:级数展开;微带线;单元分解;波形叠加中图分类号:O453 文献标识码:A 文章编号:1674-6236(2012)21-0153-03 A new viewpoint on microwave filter design BAI Zhi -qiang ,DING Jun ,GUO Chen -jiang (Electronic and Information School ,Northwestern Polytechnical University ,Xi ’an 710129,China ) Abstract:According to the theory of expansion of series ,decompose microwave filter frequency response in series ,use single microstrip line to approximate the items and combine them ,consequently get the approximate ideal frequency response.This method avoid the difficulties of microstip line modeling ,and get a easy approach to the benefits of filter elements ,which makes the adjustment work easier.In the end ,produce an example which shows good frequency response.Key words:expansion of series ;microstrip line ;cell decomposition ;fusion of waves 收稿日期:2012-06-07稿件编号:201206045 作者简介:白志强(1988—),男,湖北黄石人,硕士研究生。研究方向:微波电路设计。 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第20卷 Vol.20 第21期No.212012年11月Nov.2012 图1单段微带线 Fig.1Single microstrip line -153-

微波滤波器的设计与仿真开题报告

毕业论文开题报告 题目微波滤波器的设计与仿真 学生姓名薛新月学号 1113024098 所在院(系) 物理与电信工程学院 专业班级通信 1103 班 指导教师薛转花 2015 年 3 月 7 日

题目微波滤波器的设计与仿真 一、选题的目的及研究意义 随着科技不断进步,无线通信前所未有的融入到生活中,尤其是贴近日常应用的短距离无线数据业务更是迅猛发展。例如WLAN、WIFI、蓝牙等短距离无线的广泛应用。极大的推动了滤波器技术的发展,也对滤波器的性能提出了更高的要求。微波滤波器是现代微波中继通信、微波卫星通信、电子对抗等系统中必不可少的组成部分。微波滤波技术广泛应用于卫星通信、移动通信、雷达系统、导航系统等,可谓无处不在。微波滤波技术的发展经历了半个多世纪,可谓品种繁多,性能各异。可按频率响应特性分为低通、高通、带通、带阻;也可按网络函数分为最大平坦型、切比雪夫型、线性相位型和椭圆函数型;还可按工作模式、频带、频段等进行划分。面对现代通信系统对滤波器性能要求日趋严格,微波滤波技术朝着体积小、重量轻、低损耗、高可靠性、高温补性能等的综合性滤波器发展。 随着无线通信的个人化、宽带化,越来越需要人性化和高性能的终端设备,促使了包括滤波器在内的射频元器件的微型化和可集成化,同时也产生了各种结构和性能的射频滤波器来满足体积小、重量轻的系统要求。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 研究现状:微带滤波器在通信、信号处理、雷达等各种电路系统中具有广泛用途。随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展,对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。发达国家都在利用新材料和新技术来提高器件性能和集成度,同时,尽可能地降低成本,减小器件尺寸和降低功耗。与国外相比,我国的微带滤波器的发展还有一定的差距。 目前,国外已有相应公司在大量生产微滤波器器件,比较著名的公司有美国的DLI、TRANS-TECH、日本MURATA、英国的FILTRONIC公司等。他们生产的各种微波介质陶瓷滤波器、双工器、谐振器、介质天线等产品已用于微波基地站、手机及无绳电话等产品中,取得了显著的经济和社会效益。 发展趋势:随着现代材料科学与电子信息科学技术的交叉渗透,新材料和制造工艺技术的发展,如单片集成电路、MEMS、LTCC等工艺,极大地带动了微带和其他类型滤波器的飞速发展。全国固态化的各类片式高频、微带滤波器和中频滤波器,向着高性能、低成本、小型化、高频化等各方面飞快发展。 研究方法:微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器,而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄,虽然不能满足所有的应用场合,但是由于它设计简单,因此在某些地方还是值得应用的。 工程应用中,一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减、通

带通滤波器设计步骤

带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率,根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率,换算抑制频率与截止频率的比值,得出m 的值,然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言,引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入,输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器(如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer )在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟(group delay )。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候,描述比较简单,XL=L, XC=1/C ,计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征:通带平坦,阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢,直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ,其中,n 表示滤波器的阶数,octave 表示是频率的加倍。例如,3阶滤波器,将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化,使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点,这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式(Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ) ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值,以dB 为单位;Ω为抑制频率与截止频率的比值 例:假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有: 95.91020*1.0==Cn ;Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此,滤波器的阶数至少应该为4

根据ADS的带阻滤波器设计

电磁波与微波技术 课程设计 ----带阻滤波器的设计与仿真 课题:带阻滤波器的设计与仿真 指导老师: 姓名: 学号:

目录 1.设计要求 (3) 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 (3) 2.1理查德变换 (4) 2.2科洛达规则 (6) 3.设计步骤 (7) 3.1ADS 简介 (7) 3.2初步设计过程 (8) 3.3优化设计过程 (14) 3.4对比结果 (17) 4.心得体会 (17) 5.参考文献 (18)

1.课程设计要求: 1.1 设计题目:带阻滤波器的设计与仿真。 1.2设计方式:分组课外利用ads软件进行设计。 1.3设计时间:第一周至第十七周。 1.4 带阻滤波器中心频率:6GHz;相对带宽:9%;带内波纹: <0.2dB。 1.5 滤波器阻带衰减>25dB;在频率5.5GHz和6.5GHz处,衰 减<3dB;输入输出阻抗:50Ω。 2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 当频率不高时,滤波器主要是由集总元件电感和电容构成,但当频率高于500Mz时,滤波器通常由分布参数元件构成,这是由于两个原因造成的,其一是频率高时电感和电容应选的元件值小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件;其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近,滤波器元件之间的距离不可忽视,需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线方法,将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器,其中理查德变换用于将集总元件变换为传输段,科洛达规则可以将各滤波器元件分隔。 2.1 理查德变换

通过理查德变换,可以将集总元件的电感和电容用一段终端短路和终端开路的传输线等效。终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性,利用传输线的这一特性,可以实现集总元件到分布参数元件的变换。 在传输线理论中,终端短路传输线的输入阻抗为: 错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。(1.0) 式中 错误!未找到引用源。 当传输线的长度错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。时 错误!未找到引用源。 (1.1) 将式(1.1)代入式(1.1),可以得到 错误!未找到引用源。(1.2)式中 错误!未找到引用源。 (1.3) 称为归一化频率。

微带滤波器的设计

微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。在微波电路系统中,滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来在微波电路系统应用广泛,其中用微带做滤波器是其主要应用之一,因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。 滤波器(filter),是一种用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,就是滤波器,其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。 1 微带滤波器的原理 微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器,而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器 件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄,虽然不能满足所有的应用场合,但是由于它设计简单,因此在某些地方还是值得应用的。 微带滤波器是在印刷电路板上,根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。 2 滤波器的分类 最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。

低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。 带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。 按滤波器的频率响应来划分,常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及等;按滤波器的构成元件来划分,则可分为有源型及无源型两类;按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯(Stephen Butterworth)在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。 切比雪夫滤波器,又名"车比雪夫滤波器",是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布,以"切比雪夫"命名,是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫(ПафнутийЛьвовичЧебышёв)。 3 微带滤波器的设计指标 微带滤波器的设计指标主要包括: 1绝对衰减(Absolute attenuation):阻带中最大衰减(dB)。 2带宽(band width):通带的3dB带宽(flow-fhigh)。 带宽(band width)又叫频宽,是指在固定的的时间可传输的资料数量,亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中,频宽通常以bps表示,即每秒可传输之位数。在模拟设备中,频宽通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。 亦称谱带半宽度(half bandwidth)或有效带宽。无论仪器中光学系统的质量多么高,经单色器单色化后的光总是有一定的波长(宽度)范围,即具有以所指定波长(额定波长)为中心分布的一定波长范围。通带即指最大吸光度值的一半处的谱带宽度。 3中心频率:fc或f0. 每频程的上限与下限频率的几何平均值称为该频程的中心频率。 4截止频率:下降沿3dB点频率。 用来说明电路频率特性指标的特殊频率。当保持电路输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍,或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。 5每倍频程衰减(dB/Octave):离开截止频率一个倍频程衰减(dB)。 6微分时延(differential delay):两特定频率点群时延之差以ns计。 7群时延(Group delay):任何离散信号经过滤波器的时延(ns)。

带通滤波器设计实验报告

电子系统设计实践 报告 实验项目带通功率放大器设计学校宁波大学科技学院 学院理工学院 班级12自动化2班 姓名woniudtk 学号12******** 指导老师李宏 时间2014-12-4

一、设计课题 设计并制作能输出0.5W功率的语音放大电路。该电路由带通滤波器和功率放大器构成。 二、设计要求 (1)电路采用不超过12V单(或双)电源供电; (2)带通滤波器:通带为300Hz~3.4kHz,滤波器阶数不限;增益为20dB; (3)最大输出额定功率不小于0.5W,失真度<10%(示波器观察无明显失真);负载(喇叭)额定阻抗为8?。 (4)功率放大器增益为26dB。 (5)功率放大部分允许采用集成功放电路。 三、电路测试要求 (1)测量滤波器的频率响应特性,给出上、下限截止频率、通带的增益; (2)在示波器观察无明显失真情况下,测量最大输出功率 (3)测量功率放大器的电压增益(负载:8?喇叭;信号频率:1kHz); 四、电路原理与设计制作过程 4.1 电路原理 带通功率放大器的原理图如下图1所示。电路有两部分构成,分别为带通滤波器和功率放大器。 图1 滤波器电路的设计选用LM358双运放设计电路。LM358是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。高输入阻抗使得运放的输入电流比较小,有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温漂而影响信号的放大,因此高共模抑制比、低温漂的作用尤为重要。 带通滤波器的设计是由上限截止频率为3400HZ的低通滤波器和下限截止频率为300HZ 的高通滤波器级联而成,因此,设计该电路由低通滤波器和高通滤波器组合成二阶带通滤波器(巴特沃斯响应)。 功率放大电路运用LM386功放,该功放是一种音频集成功放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。 4.2电路设计制作 4.2.1带通滤波电路设计 (1)根据设计要求,通带频率为300HZ~2.4KHZ,滤波器阶数不限,增益为 20dB,所以采取二阶高通和二阶低通联级的设计方案,选择低通放大十倍。高通不放大。

带阻滤波器介绍及ADS设计实例

帯阻滤波器研究 1 绪论 1.1带阻滤波器的研究意义 微波滤波器具有选频、分频和隔离信号等重要作用,在现代微波毫米波通信、卫星通信、遥感和雷达技术等系统中应用广泛,其性能的优劣将直接影响到整个系统的运行质量。而带阻滤波器作为微波滤波器的一种,在通信系统中也起着十分重要的作用。通常在许多微波系统中,要求信号传输时,衰减应尽可能的小,而对不需要的噪声、干扰、杂散等则要抑制掉,即需具有很高的衰减度。带阻滤波器适于在宽频范围滤除某窄带频,无线通信系统中抑制高功率发射机、非线性功放的杂散频谱以及带通滤波器的寄生通带等,这时,如采用一个或几个带阻滤波器来抑制它们,就比采用带通滤波器的宽阻带来抑制更加灵活有效。 传统的带阻滤波器设计结构一般是由1 /4波长短截线谐振器,并沿主波导或主传输线排列,而谐振器间隔为1/ 4波长的奇数倍,这种结构的带阻滤波器的矩形系数不够理想且体积庞大。事实上,比较带通滤波器和带阻滤波器的频率响应,不难发现,带通滤波器的回波损耗对应带阻滤波器的带内衰减,带通滤波器的通带对应带阻滤波器的阻带,带通滤波器的传输零点对应带阻滤波器的反射零点,可见将带通滤波器的各种拓扑结构来实现带阻滤波器的设计是可行的。 随着信息产业和无线通信的蓬勃发展,微波频段呈现相对拥挤的状态,这就对滤波器的性能提出了更高的要求,尤其是在移动通讯基站双工器和多工器中使用的滤波器,除了通带内低插入损耗、小型化的要求外,对通带外的衰减更是提出了苛刻的要求。据此传统的滤波器,比如:最大平坦和切比雪夫滤波器很难胜任。增加滤波器的阶数,可以提高矩形系数,是一种在传统的滤波器设计中比较有效的方法,但这样体积、带内插损均增加了。虽然椭圆函数滤波器具有带外有限零点,零点位置却由阶数决定,且只适用于零点位置对称的情况。以广义切比雪夫函数实现的滤波器通过非相邻谐振腔的交叉耦合,可以产生有限零点,且这些零点可以是对称的,也可以是非对称的,这使得可以更加灵活地根据需要对滤波器的带外抑制度进行调节,提高其矩形系数。 另外,通过引入源与负载间直接耦合,N阶交叉耦合滤波器可以实现N个带外有限远处的零点。但这种结构源与负载之间需要很强的耦合,在一些实际应用中不易实现。非谐振节点的引入,N阶滤波器能产生N个有限频率的零点而不需源与负载直接耦合,也不必交叉耦合。这种方法还便于滤波器的模块化设计,即用于将简单的产生传输零点的结构进行级联,使得每个单元仍能独立的控制其零点,故这种结构的滤波器便于调谐并降低了制造公差的灵敏度。 同轴腔体滤波器在微波频段是应用最广泛的滤波器之一。同轴腔体滤波器的带内插损低,结构紧凑,有电容加载时,同轴腔体滤波器的体积可以做得很小,此外,其还有功率容量高等优点。据此,采用同轴腔体滤波器设计选频双工器,通过改变传统结构,可实现很高的收端异频隔离度和收端同频隔离度。 1.2国内外带阻滤波器的研究现状 在过去的几十年中,带通滤波器已经被广泛研究,但是带阻滤波器的报道较少。一般带阻滤波器设计是由1/4波长短截线谐振器构成的,谐振器间隔1/4长的奇数倍并沿主波导或主传输线排列,这种结构的带阻滤波器的矩形系数不理想

相关文档
最新文档