实验四 微波射频带通滤波器设计

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一、滤波器原理1.1滤波器的概念PinPL

~Of

滤滤滤

ZLOf0f

如下图的双端口网络,设从一个端口输入一具有匀称功率谱的信号,信号通过网络后,在另一端口的负载上汲取的功率谱不再是匀称的,也就是说,网络具有频率选择性,这便是一个滤波器。通常采纳工作衰减来描述滤波器的衰减特性：

PinLA=10lgdBPL

Pin和PL分别为输出端接匹配负载时的滤波器输入功率和负载汲取功率。

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

低通

带通

带阻2022-4-26MWOpti.Commu.Lab,*JTU

高通3

三种滤波器函数

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

1.2滤波器的技术指标(1)工作频率：滤波器的工作频率范围工作频率：工作频率(2)插入损耗：由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗插入损耗：(3)带内纹波：插入损耗的波动范围带内纹波：(4)带外抑制带外抑制:规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤波器特性的矩形度的一种描述方式。也可用带外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。(5)承受功率：在大功率发射机末端运用的滤波器要按大承受功率：承受功率功率设计,元件体积要大,否那么,会击穿打火,发射功率急剧下降。

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

1.3滤波器的设计的经典方法低通原型综合法步骤：(1)由衰减特性综合出低通原型(2)再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型(3)计算滤波器电路元件值(4)微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真。

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

1.4滤波器的低通原型滤波器低通原型为电感电容网络,其中元件数和元件值只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。设计中都采纳表格而不用繁杂的计算公式。

巴特沃士、切比雪夫的低通原型电路结构

2022-4-26

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1.巴特沃士：已知带边衰减为3dB处的归一化频率c=1、截止衰减LAs和归一化截止频率s,那么元件数n由下式给出,元件值由下表给出。

lg(10LAS1)n≥2lgs0.1

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2.切比雪夫，已知带内衰减与水纹指标LAr、归一化频率c=1、截止衰减LAs和归一化截止频率s,那么元件数n由下式给出,元件值由下表给出。

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

1.5滤波器的四种频率变换由低通原型滤波器经过频率变换,就可得到低通、高通、带通、带阻四种有用滤波器。定义阻抗因子

为

Z0g,γ=0g0,Y0

g0为电阻g0为电导

低通变换：低通变换：

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高通变换：高通变换：

带通变换：带通变换：

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带阻变换：带阻变换：

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

二、集总参数滤波器例：设计一个L-C切比雪夫型低通滤波器,截止频率为75MHz,衰减为3dB,水纹为1dB,频率大于100MHz,衰减大于20dB,Z0=50。(1)确定指标:特性阻抗Z0=50,截止频率fc=75MHz,阻带边频)fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。(2)计算元件级数n:)

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

n取最接近的整数,那么n=5

(3)查表求原型元件值gi,)

2022-4-26

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(4)计算实际元件值)

低通变换：低通变换：

2022-4-26

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(5)画出电路结构，进行电路仿真)

TermTerm1Num=1Z=50Ohm

CC1C=94.0pF

LL1L=120.0nHR=

CLC2L2C=132.0pFL=120.0nHR=

CC3C=94.0pF

TermTerm2Num=2Z=50Ohm

S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=0MHzStop=200.0MHzStep=1.0MHz

2022-4-26

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0

m1freq=23.00MHzdB(S(2,1))=-0.998m1m3

m3freq=75.00MHzdB(S(2,1))=-3.214

-20

m2freq=100.0MHzm2dB(S(2,1))=-24.990

dB(S(2,1))dB(S(1,1))

-40

-60

-80020406080100120140160180200

freq,MHz

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切比雪夫型带通滤波器,中心频率为例2:设计一个：设计一个L-C切比雪夫型带通滤波器中心频率为MHz,3dB带宽为切比雪夫型带通滤波器中心频率为75带宽为10MHz,水纹为水纹为1dB,工作频带外15MHz的衰减大于工作频带外75的衰减大于30dB,Z0=50。的衰减大于。(1)确定指标:特性阻抗Z0=50,截止频率fc=75MHz,阻带边频)fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。

特性阻抗：上通带边频：下通带边频：上阻带边频：下阻带边频：通带内最大衰减：阻带最小衰减：(2)计算相关参数)f0=

Z0=50f1=75+5=80MHzf2=75-5=70MHzf=75+15=90MHzf=75-15=60MHzLAr=3dBLAs=30dB

f1f2=74.83,FBW=f2f1=10MHz

f021f021s1=ff*LFBW=3.333,s2=f*UfFBW=2.778*L*Ls=MIN(ω*1,ω*2)=2.7782022-4-26MWOpti.Commu.Lab,*JTU18

(3)计算元件节数n)

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

n取整数3

(4)查表得原型元件值gi)

(5)带通变换)

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试验四射频滤波器设计、仿真、制作与测试

一、滤波器原理1.1滤波器的概念PinPL

~Of

滤滤滤

ZLOf0f

如下图的双端口网络,设从一个端口输入一具有匀称功率谱的信号,信号通过网络后,在另一端口的负载上汲取的功率谱不再是匀称的,也就是说,网络具有频率选择性,这便是一个滤波器。通常采纳工作衰减来描述滤波器的衰减特性：

PinLA=10lgdBPL

Pin和PL分别为输出端接匹配负载时的滤波器输入功率和负载汲取功率。

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低通

带通

带阻2022-4-26MWOpti.Commu.Lab,*JTU

高通3

三种滤波器函数

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1.2滤波器的技术指标(1)工作频率：滤波器的工作频率范围工作频率：工作频率(2)插入损耗：由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗插入损耗：(3)带内纹波：插入损耗的波动范围带内纹波：(4)带外抑制带外抑制:规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤波器特性的矩形度的一种描述方式。也可用带外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。(5)承受功率：在大功率发射机末端运用的滤波器要按大承受功率：承受功率功率设计,元件体积要大,否那么,会击穿打火,发射功率急剧下降。

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1.3滤波器的设计的经典方法低通原型综合法步骤：(1)由衰减特性综合出低通原型(2)再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型(3)计算滤波器电路元件值(4)微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真。

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1.4滤波器的低通原型滤波器低通原型为电感电容网络,其中元件数和元件值只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。设计中都采纳表格而不用繁杂的计算公式。

巴特沃士、切比雪夫的低通原型电路结构

2022-4-26

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1.巴特沃士：已知带边衰减为3dB处的归一化频率c=1、截止衰减LAs和归一化截止频率s,那么元件数n由下式给出,元件值由下表给出。

lg(10LAS1)n≥2lgs0.1

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2.切比雪夫，已知带内衰减与水纹指标LAr、归一化频率c=1、截止衰减LAs和归一化截止频率s,那么元件数n由下式给出,元件值由下表给出。

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

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1.5滤波器的四种频率变换由低通原型滤波器经过频率变换,就可得到低通、高通、带通、带阻四种有用滤波器。定义阻抗因子

为

Z0g,γ=0g0,Y0

g0为电阻g0为电导

低通变换：低通变换：

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高通变换：高通变换：

带通变换：带通变换：

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带阻变换：带阻变换：

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二、集总参数滤波器例：设计一个L-C切比雪夫型低通滤波器,截止频率为75MHz,衰减为3dB,水纹为1dB,频率大于100MHz,衰减大于20dB,Z0=50。(1)确定指标:特性阻抗Z0=50,截止频率fc=75MHz,阻带边频)fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。(2)计算元件级数n:)

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

n取最接近的整数,那么n=5

(3)查表求原型元件值gi,)

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(4)计算实际元件值)

低通变换：低通变换：

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(5)画出电路结构，进行电路仿真)

TermTerm1Num=1Z=50Ohm

CC1C=94.0pF

LL1L=120.0nHR=

CLC2L2C=132.0pFL=120.0nHR=

CC3C=94.0pF

TermTerm2Num=2Z=50Ohm

S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=0MHzStop=200.0MHzStep=1.0MHz

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0

m1freq=23.00MHzdB(S(2,1))=-0.998m1m3

m3freq=75.00MHzdB(S(2,1))=-3.214

-20

m2freq=100.0MHzm2dB(S(2,1))=-24.990

dB(S(2,1))dB(S(1,1))

-40

-60

-80020406080100120140160180200

freq,MHz

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切比雪夫型带通滤波器,中心频率为例2:设计一个：设计一个L-C切比雪夫型带通滤波器中心频率为MHz,3dB带宽为切比雪夫型带通滤波器中心频率为75