LC无源滤波器的设计学士学位论文(可编辑)

LC无源滤波器的设计学士学位论文分类号:TM28UDC:D10621-408-20122019-0密级:公开编号:2008034070成都信息工程学院学位论文LC无源滤波器的设计毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名: 日期:年月日导师签名:日期:年月日LC无源滤波器的设计摘要随着通讯技术的不断发展,作为通讯系统中的一种不可缺少的器件?滤波器。滤波器是种对频率具有选择性的复杂网络,它对某一频率范围内的信号给以很小的衰减,使这部分信号能够顺利通过,对其它频率的信号给以很大的衰减,从而尽可能地阻止这部分信号通过。随着科学技术的发展,滤波器无论是在设计理论、设计方法、制作工艺上都有了很大的进步。本论文首先介绍了无源滤波器的发展情况,滤波器的类型,制作工艺等基本情况。然后运用滤波器综合设计方法,针对某一款带通滤波器指标,设计出了四种不同类型巴特沃斯型、切比雪夫型、贝塞尔型、高斯型的带通滤波器,然后通过电路仿真软件ADS对滤波器电路进行了仿真,获得了它们的衰减特性,最后从仿真结果出发对四种滤波器进行了分析和比较。关键词:LTCC技术;无源滤波器;巴特沃斯型;切比雪夫型;贝塞尔型;高斯型LCpassivefilterdesignAbstractWiththedevelopmentofcommunicationtechnology,asanindispensibledeviceinacommunicationsystem--filters.Thefiltersisonthefrequencyselectivityofthecomplexnetworkofitssignalwithinafrequencyrangetogiveasmallattention,sothatthispartofthesignalcanbepassedtogivealotofattentionofthesignalsofotherfrequencies,thusasmuchaspossibletopreventthesignalfromfiltersAstechnologyadvances,thefiltershadbeenmadeagreatprogressinthetheoreticaldesign,designmethodologyandproductionprocess.Thepaperfirstintroducedthebasicsituationofthedevelopmentofthefilters,thefiltertype,theproductionprocessandsoon.Thenfourkindsoffiltersweredesignedwiththeintegrateddesignmethod,contrarytoabandpassfilter,includeButterworthtype,Besseltype,Gausstype,Chebyshevtype,andthenthroughtheprofessionalcircuitsimulationsoftwaretofiltercircuitsimulationresultsobtainedtheattenuationcharacteristics.Finally,thesimulationresultsoffourkindsoffiltersareanalyzedandcompared.Keywords:Lowtemperatureco-firedceramicLTCC;LCpassivefilter;Butterworthtype;Gausstype;Besseltype;Chebyshevtype目录论文总页数:24页1引言 11.1课题背景 11.2目前研究现状 11.3本课题设计意义 11.4课题设计方法 12滤波器基本介绍 22.1滤波器分类 22.1.1按所通过的信号的频段可以分为低通、高通、带通、带阻四种滤波器[11] 22.1.2按所用的元器件的不同,可以分为无源滤波器和有源滤波器 32.1.3按滤波器所安放的位置不同,可以分为板上滤波器和面板滤波器 32.2四种不同滤波器的响应特点 32.3滤波器的作用及应用 42.3.1滤波器的作用 42.3.2滤波器的应用 42.4滤波器的制作工艺 62.4.1微电子机械系统工艺(MEMS) 62.4.2LTCC技术 63四种不同类型带通滤波器的设计原理和过程 83.1带通滤波器的设计原理和步骤 83.2四种不同类型带通滤波器的设计过程 93.2.1巴特沃斯带通滤波器 93.2.2切比雪夫带通滤波器 103.2.3贝塞尔带通滤波器 113.2.4高斯型带通滤波器 124滤波器仿真结果 134.1巴特沃斯带通滤波器 134.2切比雪夫带通滤波器 144.3贝塞尔带通滤波器 164.4高斯型带通滤波器 174.5四种滤波器中心频率附近的衰减特性 185分析仿真结果与比较 205.1仿真结果分析 205.1.1巴特沃斯滤波器仿真结果分析 205.1.2切比雪夫滤波器仿真结果分析 205.1.3贝塞尔滤波器仿真结果分析 205.1.4高斯滤波器仿真结果分析 205.2四种滤波器的仿真结果比较 20结论 21参考文献 21致谢 23声明 241引言1.1课题背景通过多年的探索和实践总结,LC无源滤波器的设计有了比较成熟的思路和方法。但随着现代通信技术和电子电路技术的发展,特别是对LC无源滤波器提出了更多,更高的要求,特别是近年来LTCC技术的运用使得电子元器件向着小型化、轻量化的方向发展,也使得人们对无源滤波器朝着高性能、低成本、体积小、重量轻的趋势发展有了更大的期待。同时谐波网络的复杂化和谐波源的多变性等等使得实际滤波器设计中暴露出许多问题,需要结合实际,归纳数据,全面比较设计方法,完善与优化设计才能设计出性能更好满足要求的无源滤波器。本次课题研究主要是对指定滤波器指标,通过各种不同带通滤波器的传统设计方法,设计出同一指标的不同类型的带通滤波器,计算出各LC元件的元件值,并用电路仿真软件ADS仿真出来,得到各自不同的频率响应曲线,并进行深入探讨,比较各种滤波器的优缺点。1.2目前研究现状随着LTCC技术的发展,传统的无源滤波器事逐渐被LTCC无源滤波器所取代,因为它具有高性能、低成本、体积小、重量轻等优点。现在LC无源滤波器设计方法有经典设计方法(定K型、M推演型)、现代设计方法(巴特沃斯型、贝塞尔型、切比雪夫型、高斯型)等等,现在不但在理论设计上和电路设计改进方面都不断取得新发展,但都是建立在传统的基本设计方法之上的,同时也由于LTCC技术使得在构成无源滤波器的基本元器件方面也有了突飞猛进的进步,让LC无源滤波器的性能有了大大的改善。1.3本课题设计意义虽然现在无源滤波器设计技术取得了飞速的发展,滤波器设计方法也是多种多样,层出不穷。但是并没有进行各种方法系统的深入研究和比较,本课题在设计出满足某一特定带通滤波器指标的前提下,并运用了四种不同的滤波器设计方法,设计出了四种不同类型的带通滤波器,得到了四种LC无源滤波器的性能指标。并进行系统归纳和总结,归纳了数据,比较出了四种设计方法的优缺点。这对于以后进行LC无源滤波器的设计有了一定的指导,积累了一定的经验。1.4课题设计方法根据所设计的带通滤波器指标,根据归一化低通滤波器的设计数据设计出四种不同类型的低通滤波器。再根据低通滤波器到高通滤波器的电路图转换得到四种不同类型的带通滤波器,再用ADS软件进行仿真得到滤波器的性能特性曲线。得到四种不同类型带通滤波器的仿真结果之后,再进行比较各自的优缺点,归纳总结数据,积累经验。2滤波器基本介绍2.1滤波器分类2.1.1按所通过的信号的频段可以分为低通、高通、带通、带阻四种滤波器[11]。1低通滤波器从0~f2频率之间,幅频特性平直,它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过,而高于f2的频率成分受到极大地衰减,中心频率是f2,它的通带频率范围是0~f2。英文缩写名称为LPF,其频率特性如图所示。2高通滤波器正好与低通滤波相反,从频率f1~∞,其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过,而低于f1的频率成分将受到极大地衰减,中心频率是f1,其通带频率范围是f1~∞,英文缩写名称为HPF,其频率特性如图所示。3带通滤波器它的通频带在f1~f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过,而其它成分受到衰减,通带频率范围是f1~f2,其带宽为BWf1-f2,英文缩写名称为BPF,其频率特性如图所示。4带阻滤波器正好与带通滤波相反,阻带在频率f1~f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减,其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过,其阻带频率范围是f1~f2,英文缩写名称为BRF,其频率特性如图所示。图1-1四种基本滤波器的频率特性曲线图[6]2.1.2按所用的元器件的不同,可以分为无源滤波器和有源滤波器1无源滤波器仅由无源元件(R、L和C)组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。2有源滤波器由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件)。缺点是:通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。2.1.3按滤波器所安放的位置不同,可以分为板上滤波器和面板滤波器1板上滤波器安装在线路板上,如PLB、JLB系列滤波器。这种滤波器的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳。2面板滤波器一般都直接安装在屏蔽机箱的金属面板上。由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入与输出之间完全隔离,接地良好,电缆上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果相当理想。缺点是必须在设计初期考虑安装所需的配合结构。按所处理的信号可以分为模拟滤波器和数字滤波器等等,这里不在做过多的介绍。2.2四种不同滤波器的响应特点巴特沃斯响应:巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦,非常接近DC信号,然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB,最终逼近-20ndB/decade的衰减率,其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用,其对于维护增益的平坦性来说非常重要。切比雪夫响应:在一些应用当中,最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度。如果你可以接受通带具有一些纹波,就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减切比雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较,切比雪夫滤波器的通带有波纹,过渡带轻陡直,因此,在不允许通带内有纹波的情况下,巴特沃斯型更可取;从相频响应来看,巴特沃斯型要优于切比雪夫型。贝塞尔响应:除了会改变依赖于频率的输入信号的幅度外,滤波器还会为其引入了一个延迟。延迟使得基于频率的相移产生非正弦信号失真。就像巴特沃斯响应利用通带最大化了幅度的平坦度一样,贝塞尔响应最小化了通带的相位非线性,贝塞尔滤波器又称最平时延或恒时延滤波器。其相移和频率成正比,即为一线性关系。但是由于它的幅频特性欠佳,而往往限制了它的应用。高斯响应:二维高斯函数具有五个重要的特点??旋转对称性、单值函数、付立叶变换频谱是单瓣的、高斯滤波器宽度(决定着平滑程度)是由参数表征的,而且和平滑程度的关系是非常简单的、由于高斯函数的可分离性,较大尺寸的高斯滤波器可以得以有效地实现。高斯滤波器是一类根据高斯函数的形状来选择权值的线性平滑滤波器。高斯平滑滤波器对于抑制服从正态分布的噪声非常有效。以上的高斯函数的五条特性决定了高斯滤波器无论在空间域还是在频率域都是十分有效的低通滤波器,且在实际图像处理中得到了工程人员的有效使用。2.3滤波器的作用及应用2.3.1滤波器的作用滤波器,简单地说就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。2.3.2滤波器的应用现在滤波器中应用中有LC滤波器、晶体滤波器、声表面波滤波器、陶瓷滤波器、螺旋振子滤波器。LC滤波器:都由电感器和电容器组成,分为低通、高通、带通和带阻滤波器。LC滤波器应用广泛,工作频率约从几百赫至几十兆赫,且成本低。缺点是工作频率不够高,电感线圈的体积大,品质因数低,不便于小型化和集成化,温度特性差。晶体滤波器:晶体滤波器按带宽分为窄带和宽带两种。窄带晶体滤波器电路由晶体和电容构成,它的最大带宽取决于晶体的电容比Cp/Cs,最大的相对带宽小于0.4%,在晶体上串接或并接线圈后最大相对带宽可展宽到7%-10%,晶体滤波器的工作频率很宽一般常用的频率在10kHz--150MHz范围内。晶体滤波器应用于广播、电视、通信、导航、遥控遥测和航空航天技术等领域。陶瓷滤波器:高选择性的陶瓷滤波器通常是采用多个压电陶瓷片按梯型结构连接而成,陶瓷滤波器的特点是体积小,矩形系数好,但温度稳定性差,比不上晶体滤波器,但比LC滤波器要好,频率温度系数可达。特别是由于陶瓷滤波器成本低廉,已广泛地应用于各种军用和民用无线电通信设备中。如调幅中频455kHz,电视接收中频4.5MHz,调频接收中频10.7MHz成功地应用了陶瓷滤波器。声表面波滤波器:声表面波(SAW)就是在压电晶体基片如(石英晶体、妮酸锉晶体、钽酸锉晶体等)表面产生和传播的声波,这种声波比电磁波速度小105倍。声表面波滤波器主要是由叉能换能器(IDT)起到能量转换作用和传声基片组成,在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝镀,把设计定型的两个IDT的图案,利用光刻的方法,沉积在基片表面,一个作为发射叉能换能器,一个作为接收叉能换能器。声表面波滤波器的特点是尺寸小,重量性,使用时不需要调整,设计灵活,可实现多种复杂功能,可选用的频率范围广,声波是质点振动,不涉及到电子迁移过程,在传输过程中不受电磁波的影响,所以器件的可靠性高,抗辐射性能好[6]。声表面波滤波器的应用范围很广。比如在家电领域里,如彩电用了频率为38MHz的电视中频滤波器,对电视机的图像和伴音起到了重要作用;在无绳电话中,用上了频率为45/48MHz的声表面波滤波器;在移动电话中,用上了800MHz系列,900MHz系列,1800MHz系列的声表面波滤波器;家用卫星接收机中用上了480MHz系列的声表面波滤波器等等,在很多场合声表面波滤波器的应用很广泛。螺旋振子滤波器:根据选择性的要求,滤波器可以由2?8个螺旋振子组成,振子之间的耦合是通过在屏蔽板中开窗口的方法来实现,窗口的位置取决于耦合电抗的性质,窗口位置在上端的为电容耦合,窗口位置在下端的为电感耦合(高阻抗)、环耦合(低阻抗)、抽头耦合(阻抗可调)。为了便于调整单个螺旋振子的频率,在每个振子的开路端处有黄铜调节螺丝作为微调电容。滤波器的通带宽度取决于耦合窗口的大小,相对带宽一般可达0.5%-40%。为了减少滤波器的损耗,螺旋线和屏蔽罩必须用高导电率材料制作,或表面镀银,镀层厚度要求大于5倍的高频渗透深度,在屏蔽壳的结构上不得与螺旋振子滤波器的温度稳定性几乎完全取决于螺旋振子的温度稳定性。螺旋振子除作带通滤波器外,还能作带阻滤波器。2.4滤波器的制作工艺2.4.1微电子机械系统工艺(MEMS)MEMS滤波器具有带宽窄,损耗低和稳定性高的优点,主要有加工滤波器和采用MEMS高Q值电容,电感实现的单片集成滤波器两大类,微加工结构滤波器主要构件是微加工谐振器,这一器件前面已有介绍,鉴于MEMS谐振器缩小尺寸提高谐振频率的空间有限,这类滤波器距实用有一定的距离。单片集成滤波器主要是高Q值的MEMS电感、电容,以目前的MEMS工艺技术完全可以制造小型化的高Q值电感电容元件,如采用深刻蚀技术,制作宏观三维结构的电容,用背面腐蚀技术,和准LIGA厚胶光刻技术制作电感,进一步选择元件值,进而集成为单片集成滤波器。另有以MEMS微加工传输线制作的滤波器,性能独特是传统的传输线滤波器无法比拟的。2.4.2LTCC技术[2]LTCC无源滤波器的原理与传统滤波器的原理在本质上是一样的。即它们都可以等效为典型的RLC电路结构,由它们构成的谐振电路在一定频率范围产生谐振,从而达到只让某些频率的波通过的效果,即产生滤波效应。它采用的是厚膜材料,就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形,并将多个无源元件埋入其中,然后叠压在一起,在9000C左右烧结,制成三维电路网络的无源集成组件,也可制成内置无源元件的三维电路基板,在表面可以贴装IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块。LTCC技术的特点:LTCC可实现集成一体化互连封装,在LTCC基板内可实现无源器件的集成并可运用表面贴片技术(SMT)在基板表面集成各种IC芯片;易于埋置无源器件,从而可大大减小器件体积;可制作精细线条和线距离,较适合高速、高频组件及高密度封装的精细间距的倒装芯片,从而更有利于系统的集成;由于其采用低电阻率的金属作导体,损耗小;LTCC有着很好的电特性,制作工艺一次烧结成型,印制精度高,多层基板生瓷带可分别逐步检查,有利于生产效率提高,非常规形状集成封装的研制周期短。虽然LTCC技术有很多优点,但其仍有一些缺陷如:LTCC的收缩率误差不易控制;虽然电特性好,但其机械强度却比较差,散热问题是LTCC技术的一个大问题,随着器件体积的缩小,其散热问题自然就成了一个很关键的话题。目前针对这些问题已有一些相关的处理方法,不过仍需要进一步完善[2]。图2-1LTCC滤波器的结构示意图图2-2LTCC滤波器的横截面图3四种不同类型带通滤波器的设计原理和过程本课题所设计的LC无源带通滤波器的参数指标是中心频率10MHz,带宽BW1MHz,特征阻抗欧姆。3.1带通滤波器的设计原理和步骤[1]LC无源带通滤波器的设计流程如图5所示,在LPF变换为带通的过程中要用到电路对应关系(本课题研究只用到了两种关系),如图4所示式(3-1)式(3-2)图3-1LPF基本构成单元电路与BPF基本单元电路的对应关系图3-2带通滤波器的设计流程在计算各种不同类型的LC无源滤波器的元件值时,有很多计算公式,在计算过程中要特别注意各元件值的单位。其次,各元件值应该尽量做到精准,应尽量保留更多的位数,严格按照设计公式计算3.2四种不同类型带通滤波器的设计过程[9]3.2.1巴特沃斯带通滤波器(10MHz,带宽BW1MHz,欧姆)设计方法:①直接利用归一化的数据设计,先设计截止频率1MHz特征阻抗欧姆的巴特沃斯低通滤波器。因为M再把基准滤波器的各元件值除以M得到:,再进行阻抗变换,因为,最后得到,就得到了3阶巴特沃斯低通滤波器的各元件值。②利用LPF与BPF之间的转换电路图,将LPF变换成BPF,这样就得到了最终巴特沃斯带通滤波器的各元件值,最终得到的电路图为:图3-33阶巴特沃斯带通滤波器电路图3.2.2切比雪夫带通滤波器(10MHz,带宽BW1MHz,欧姆,As0.5dB)设计方法:①利用切比雪夫归一化数据设计截止频率1MHz,特征阻抗50欧姆的切比雪夫低通滤波器。其中,.得到:阻抗变换:得到了3阶切比雪夫低通滤波器②利用基本电路关系把LPF变换成BPF,于是就得到了3阶切比雪夫带通滤波器的各元件的值,于是最终的电路图为:图3-43阶切比雪夫带通滤波器3.2.3贝塞尔带通滤波器(10MHz,带宽BW1MHz,欧姆)设计方法:①利用贝塞尔归一化数据设计出截止频率1MHz,特征阻抗50欧姆的贝塞尔低通滤波器,其中,先进行频率变换:再进行阻抗变换:②利用基本电路关系将贝塞尔低通滤波器变换成带通滤波器这样就得到了3阶贝塞尔带通滤波器的各个元件值,最终电路图为:图3-53阶贝塞尔带通滤波器电路图3.2.4高斯型带通滤波器(10MHz,带宽BW1MHz,欧姆)设计方法:①利用归一化高斯低通滤波器设计数据设计截止频率1MHz,特征阻抗欧姆的高斯低通滤波器,其中参数为:,首先进行频率变换:再进行阻抗变换:这样就得到了3阶高斯型低通滤波器②利用基本电路单元关系将高斯型低通滤波器转换成带通滤波器于是就得到了3阶高斯型带通滤波器的各元件值,最终电路图为:图3-63阶高斯带通滤波器4滤波器仿真结果这里用专业滤波器电路仿真软件对所设计出的四种不同类型的3阶带通滤波器电路进行了仿真,得到了他们的各自的频率响应曲线4.1巴特沃斯带通滤波器它的S参数仿真结果如图所示:图4-1巴特沃斯带通滤波器S2,1参数仿真结果图4-2巴特沃斯带通滤波器S1,1参数仿真结果图4-3巴特沃斯带通滤波器以角度表示的S参数仿真结果从仿真结果图4-1看出,在9.5MHz到10.5MHz的1MHz的通带内,频率响应很平坦,几乎没有波纹,而在阻带内衰减特性也很好;从图4-2看出,在离中心频率较远的阻带内巴特沃斯带通滤波器的反射几乎为零,而在阻带内反射损耗较大,特别是在中心频率附近;从图4-3看出,S参数当以角度表示时从正负角度来看是呈两边对称的,只是在阻带内频率响应S1,1和S2,1是正好相反的,并且在通带内S2,1较S1,1两边波动更大,范围更广。4.2切比雪夫带通滤波器频率响应曲线如图所示:图4-4切比雪夫带通滤波器S2,1参数仿真结果图4-5切比雪夫带通滤波器反射损耗特性图4-6切比雪夫带通滤波器以角度表示S参数仿真结果从仿真结果图4-4可以看出,切比雪夫响应在通带内有明显的两个等起伏的波纹,相比巴特沃斯的通带起伏则是显著的不同,在阻带内衰减特性也很好,但是较巴特沃斯响应比较要差一些;从图4-5可看出,S1,1频率响应在通带内有明显的波纹起伏,较巴特沃斯比较起来,最大反射要小一些,而在阻带的反射也几乎为零;图4-6看到,S1,1和S2,1频率响应同样是相反的,S1,1是以正角度开始的,S2,1是以负角度开始的,并且在通带内他们的波纹起伏也不同,在中心频率附近两边频率响应都是呈对称的。4.3贝塞尔带通滤波器图4-7贝塞尔带通滤波器S2,1参数仿真结果图4-8贝塞尔带通滤波器S1,1参数仿真结果图4-9贝塞尔带通滤波器以角度表示的S参数仿真结果从仿真结果图4-7可以看出,贝塞尔滤波器的频率响应在通带内很平缓过渡,既不像巴特沃斯响应那样很平坦,也不像切比雪夫那样有明显地波纹,并且波动也不大;从反射图4-8来看,在通带内反射较巴特沃斯和切比雪夫都要小,并且没有起伏,同样在阻带内反射也几乎为零;从图4-9看到,S1,1和S2,1频率响应同样是相反的,它们在通带内波纹起伏不一样,S1,1是呈折线分布的,而S2,1在中心频率附近两边也是呈对称的。4.4高斯型带通滤波器图4-10高斯带通滤波器S2,1参数仿真结果图4-11高斯带通滤波器S1,1仿真结果图4-12高斯带通滤波器以角度表示的S参数仿真结果从仿真结果图4-10看出,高斯滤波器在通带为1MHz的带宽内也是很平缓过渡的,和贝塞尔滤波器在通带内的响应非常相似,都没有很大的波纹,在阻带内的衰减特性也很好;从图4-11反射图来看,也和贝塞尔响应反射很相似,同样最大反射较巴特沃斯和切比雪夫都要小一些,在阻带频率范围内的反射也几乎为零,也和贝塞尔滤波器很相似;图4-12说明高斯滤波器的频率响应的相频特性和贝塞尔也相似,S1,1和S2,1频率响应同样是相反的,它们在通带内波纹起伏不一样,S1,1是呈折线分布的,而S2,1在中心频率附近两边也是呈对称的,只是它们相频大小不一样,相差也不大。4.5四种滤波器中心频率附近的衰减特性它们在中心频率附近的衰减特性如图所示:图4-13四种滤波器中心频率附近的衰减特性图4-14四种滤波器中心频率附近的反射损耗特性从图4-13和图4-14可以看出,在中心频率附近巴特沃斯响应在通带内很平坦,基本没有波纹起伏;切比雪夫响应在通带内有明显的两个等波纹起伏;高斯响应和贝塞尔响应在通带都是很平稳过渡,它们的群延时效应更好。从反射图来看,贝塞尔响应和高斯响应在通带内很相似。5分析仿真结果与比较5.1仿真结果分析5.1.1巴特沃斯滤波器仿真结果分析从图4-1衰减特性图可以看出,几个特别的数据点当,,阻带满足要求;当,;当,,由此可知通带内的衰减量是小于等于的,也满足设计值内的要求的。从反射特性图4-2来看,当时;当为中心频率时,很大,因为反射损耗特性是用于表征滤波器对设计阻抗的匹配程度[1],由此可知阻抗匹配性很好。5.1.2切比雪夫滤波器仿真结果分析从图4-4切比雪夫滤波器衰减特性图来看,一些特别的数据点当;当f≤6.46MHz,,阻带很宽,满足设计要求。切比雪夫带通滤波器设计时要求带内纹波小于,从仿真数据可以看出当,S2,1-0.500047214dB,当,即在带宽1MHz内,带内纹波都是小于的,也满足设计要求。从反射损耗特性图4-5来看,当时,反射损耗都小于,符合要求,而在通带带宽内时,此滤波器的反射损耗比较大。从衰减特性来看,在通带内有两个起伏带,并不是很平坦,这也是切比雪夫响应的特点。5.1.3贝塞尔滤波器仿真结果分析从电路仿真数据结果来看当,,当,,通带内波纹小于,满足设计预期要求,从反射损耗来看也大概满足设计要求。贝塞尔响应和高斯响应很相似,他们的衰减特性很平坦,群延时特性也很平坦,并且是在进入阻带区以后才开始迅速趋近于零值的,因此这种滤波器可以让信号不会有太多的失真进行传输。5.1.4高斯滤波器仿真结果分析从图4-10看出,高斯滤波器的衰减特性很平坦。当时,,当时,,通带内衰减小于等于,满足设计的要求,它的反射损耗也满足要求,它的衰减特性和贝塞尔衰减特性很相似,从延时特性曲线是在通带内就开始缓慢变化,并且趋近于零值的速度较慢。5.2四种滤波器的仿真结果比较巴特沃斯带通滤波器在通带内起伏很小,频率响应和振幅都很平滑,在阻带范围内衰减特性很好,因此巴特沃斯滤波器特别适用于低频阶段,因为它有利于维护增益的平坦度。切比雪夫带通滤波器在通带和阻带之间的过渡带上的衰减特性比巴特沃斯滤波器好,但是在通带内有明显的两个等起伏的波纹,通带内平坦特性没巴特沃斯滤波器好,切比雪夫滤波器是最接近理想滤波器的一种滤波器,截止频率变陡峭了。贝塞尔带通滤波器具有最平坦的幅度和衰减特性,在通带内相伴响应几乎呈线性。它也具有最大平坦的群延时特性,能够在通带上最大限度地保持信号的匹配度,不会使信号产生失真。但是贝塞尔滤波器的选择性比同阶的巴特沃斯滤波器或切比雪夫滤波器要差,因此有时候为了提高阻带的衰减水平,常常需要设计高阶的贝塞尔滤波器。高斯滤波器和贝塞尔滤波器的特性非常相似,二者的差别主要是贝塞尔滤波器的延时特性曲线在通带内特别平坦,并且是在进入阻带区以后才开始迅速趋近于零值的,而高斯型滤波器的延时特性曲线则是在通带内就开始缓慢变化,并且趋近于零值的速度较慢。结论通过本次课题的研究,可以看出不同类型的滤波器有不同的衰减特性,通带波纹平坦度也不同。巴特沃斯滤波器通带内平坦度较好;切比雪夫滤波器通带内波纹起伏较大,衰减特性较巴特沃斯要差;高斯滤波器的群延时特性较好,因此如果要使传输的信号的失真度尽量小,可以考虑选用高斯滤波器;同时高斯和贝塞尔滤波器的通带衰减特性很相似。这些特点对于以后设计某一给定指标的滤波器很有指导意义。参考文献[1]森荣二著,薛培鼎译.LC滤波器设计与制作[M]科学出版社2006年[2]夏红,徐自强,王浩勤.LTCC带通滤波器的设计[J]电子科技大学学报,2008SI:47?49.[3]LUDWIGBRETCHKOP.射频电路设计----理论与应用[M],王子宇,张肇仪,译北京:电子工业出版社,2002.[4]王瑞庭.LTCC技术的发展和应用[C]//第十四届全国混合集成电路学术会议论文集.国,黄山,2005:140-147[5]曾志毅,王浩勤,尉旭波.低温共烧陶瓷(LTCC)技术应用进展[J].磁性材料及器件,2007,382:7-10.[6]HONGJS,LANCASTERMJMicrostripfiltersforRF/microwaveapplications[M].JohnWiley&Sons,Inc,2001.[7]JENGY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