宽阻带波导带通滤波器的精确设计
第20卷 第6期2005年12月
电 波 科 学 学 报
CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE
Vol.20,No.6
December ,2005
806
文章编号 100520388(2005)0620806205
宽阻带波导带通滤波器的精确设计
3
张本全 王锡良 阮颖铮
(电子科技大学微波中心,cobra -bqzhang @https://www.sodocs.net/doc/ca9524371.html, ,四川成都610054)
摘 要 应用模式匹配法分析了矩形波导中双面阶梯的不连续性。在此基础上,设
计和优化了一个C 波段1/4波长传输线耦合谐振膜片型带通滤波器。与传统的直接耦合半波长谐振腔型带通滤波器相比,这种滤波器带外抑制度高,阻带宽,特别是其尺寸缩短了近40%。该滤波器的实测结果与数值计算结果吻合很好。关键词 模式匹配法,双面阶梯不连续性,谐振膜片,阻带中图分类号 TN61 文献标识码 A
Accurate design of wide stop 2band w aveguide bandpass f ilters
ZHANG B en 2qu an WANG Xi 2liang RUAN Ying 2zheng
(M icrow ave Center ,Universit y of Elect ronic Science and Technolog y of China ,
cobra -bqz hang @https://www.sodocs.net/doc/ca9524371.html, ,Cheng du S ichuan 610054,China )
Abstract The do uble 2plane step discontinuity in rectangular waveguide is analyzed utilizing mode 2matching met hod.Then a C 2band quarter wave t ransmission line coupled resonant bandpass filter is designed and optimized in t his paper.The filter has not only wider stop band but also decreased dimension (app roximately 40%shorter )comparing wit h t raditional direct 2coupled half wave resonator ones.Theo 2retical result s of t he filter agree well wit h measured data.
K ey w ords mode matching met hod ,double 2plane step discontinuity ,resonant iris ,stop band
1 引 言
波导型滤波器由于其Q 值高,损耗小,功率容
量大等优点而广泛应用于微波毫米波通信、卫星通信等系统中。近年来微波技术的快速发展对该类滤波器的尺寸、阻带特性等指标都提出了越来越高的要求。
通常可用直接耦合半波长谐振腔结构来构造波导型滤波器[1],但由于高次模的影响,这种类型的滤波器第二通带很近,频率高端阻带性能较差。采用1/4波长传输线耦合谐振膜片结构,可对此进行改善。通过选择合适的膜片尺寸,使各谐振膜片谐振在同一频率上,但具有不同的Q 值,可使其第二通
带位置变远,从而显著提高其阻带特性。另外,1/4波长传输线耦合谐振膜片型(以下简称谐振膜片型)滤波器还具有尺寸小的优点,其总长度比直接耦合半波长谐振腔型(以下简称半波长型)缩短近40%。
1967年,Tsung 2Shan Chen 提出了一种基于经验公式的设计方案[2],但所设计的谐振膜片型滤波器精度较差。此后Navarro [3]和Pilo ni [4]分别利用网络分析法和多模导纳矩阵法对谐振膜片进行了研究。随着计算机技术的进步,基于严格场理论的模式匹配法在80年代迅速发展起来。它是一种精确而有效的数值方法,已被成功的应用于矩形波导、圆波导、脊波导滤波器等的设计过程中。根据目前所查资料,未见对谐振膜片型滤波器的模式匹配法分
3
收稿日期:2003211207
析。
首先利用模式匹配法对双面阶梯不连续性进行分析,并编写相应程序。在此基础上,依据所编写的程序分别设计了中心频率为3.85GHz 的谐振膜片型和半波长型带通滤波器,与半波长型相比较,谐振膜片型带通滤波器的尺寸缩短了38.4%,且具有更宽的阻带。
2 理论分析
根据现代微波滤波器理论[1],微波带通滤波器
的等效电路[5]由K 变换器(或J 变换器)和串联谐振电路(或并联谐振电路)构成,如图1、2所示。半波长型通常采用膜片、金属销钉、窗孔等耦合结构[6～8]作为K 变换器,用半波长谐振腔实现串联谐振电路(图1)。由于高次模的影响,其第二通带的位置很近,所以阻带高端性能较差。谐振膜片型带通滤波器是采用1/4波长传输线作为J 变换器,而用谐振膜片来构成并联谐振电路(图2)。显然,此类滤波器的尺寸比前者小。更重要的是,通过选择合适的膜片尺寸,使各膜片的谐振频率相同而Q 值不同,可大大改善滤波器的高端阻带性能,制作出宽阻带的微波带通滤波器
。
图1
串联谐振等效电路
图2 并联谐振等效电路
图3示出带通滤波器的结构示意图。根据窗孔膜片的不同作用,它既可以是半波长型,也可以是谐振膜片型。假设窗孔膜片数为n ,则前者有n -1个谐振腔,而后者有n 个腔。可以看出,该滤波器结构仅包含一种不连续性:矩形波导双面阶梯[9]
,如图4
所示。采用模式匹配法对其进行分析。
I 区波导尺寸为a I
×b I
,II 区波导尺寸为a II
×
b II
,两区同轴。则I 、II 区中的电磁场可表示为:
E i = ×(A i hz ^z )+
1
j ωe
×
图3
滤波器结构示意图
图4 矩形波导双面阶梯不连续性
×(A i ez ^z )
(1)
H i = ×(A i
ez ^z )-
1
j ω
μ ×
×(A i hz ^z )
(2)
其中:
i =Ⅰ,Ⅱ;A i hz ^z ,A i
ez ^z 为矢量磁位和矢量电位,用下式表示:
A i
hz
=
6∞m l
h =06
∞
n l
h =0
Q i h,m i h n i h T i
h,m i h n i h ?
A i+
h,m i h n i h exp (-j βi
h,m i h n i h z )+
A i-h,m i h n i h exp (j βi
h,m i h n i h z )
(3)
A
i
ez
=
6∞m l
e =16
∞
n l
e =1
Q i e,m i e n i e T i
e,m i e n i
e ?
[A i+e,m i e n i e exp (-j βi
e,m i e n i e z )-
A i-e,m i e n i e exp (j βi
e,m i e n i e z )]
(4)
在(3),(4)式中:①Q i h,m i h n i h ,Q i e,m i e n i e 是归一化系数,其表达式为: Q
i h,m i h n i
h
=
2
a i b
i
Z i
h,m i h n i h K i
ch ,m i h n i h
;
Q
i e,m i e n i
e
=
2
a i b
i
Y i
e,m i e n i
e
K i
c e ,m i e n i
e
(5)
其中:
Z i h,m i h n i h =j ωμ/βi h,m i h n i h ;
Y i e,m i e n i e =j ωe/βi e,m i e n i e
(6)
7
08第6期 张本全等:宽阻带波导带通滤波器的精确设计
分别为波阻抗和波导纳。K i ch ,m i h n i h ,K i ce ,m i e n i
e 为截止波数:
K i ch ,m i h n i h
=m i
h πa
i 2
+n i
h πb
i 2
;
K i c e ,m i e n i e
=
m i
e πa
i 2
+
n i
e πb
i 2
(7)
②T
i h,m i h n i
h
,T
i e,m i e n i e
是本征函数,其表达式为:
T I h,m I h n I h
=co s m I h πx a
I
cos n I h
πy b
I ; T I e,m I e n I
e =sin
m I e πx a I sin n I
e
πy b
I ; T Ⅱ
h,m Ⅱh
n Ⅱ
h
=co s m Ⅱ
h π(x -x 1)
a Ⅱ
co s n Ⅱ
h π(y -y 1)b
Ⅱ
;T Ⅱ
e,m Ⅱe n Ⅱ
e =sin m Ⅱe (x -x 1)a Ⅱsin n Ⅱ
e (y -y 1)
b
Ⅱ
(8)③A i +h,m i h n i h ,A i -h,m i h n i
h 分别为沿+Z 及-Z 方向传播的TE 模的幅度,A i +e,m i e n i e ,A i -e,m i e n i e 分别为沿+Z 及-Z 方
向传播的TM 模的幅度。
根据电磁场的基本理论,在z =0的面上电场的
横向分量Et 相等,将式(3)、(4)代入式(1)可得(9)式。
6∞m I h =06
∞
n I
h =0
Q I h,m I h n I h ( t T I h,m I h n I h ×^z )(A I +h,m I h n I h +A I -h,m I h n I h )+
6
∞m I e =16
∞
n I
e =1
Q I e,m I e n I e ΓI e,m I e n I e t T I e,m I e n I e (A I +e,m I e n I e +A I -e,m I e n I e
)j ωe
=
6∞
m II h =06
∞
n II
h =0
Q II
h,m II h n II h
( t T II
h,m II h n II h ×^z )(A
II +h,m II h n II h
+A
II -h,m II h n II h
)+
6∞m II e =16
∞
n II e =1
Q
II
e,m II e n II e
Γ
II
e,m II e n II e
t T
II
e,m II e n II e
(A II +e,m II e n II
e +A II -e,m II e n II
e )
j ωe
(9)
上式中横向梯度算符:
t =^x 55x +^y
5
5y
(10)
传播常数
Γi e,m i e n i e =j βi e,m i e n i e
(11)
(9)式两边同时点乘以 t T I h,m I h n I h ×^z ,并在z =0的
面上面积分,可得:
A I +h +A I -h =N hh (A Ⅱ+h +A Ⅱ-h )+
N he (A Ⅱ+
e
+A Ⅱ-e )
(12)
其中: N hh =
Q I
h,m I h n I h Q Ⅱ
h,m Ⅱh n Ⅱ
h Z I
h,m I h n I h
∫
s
( t T Ⅰh,m Ⅰh n Ⅰ
h ×
^z )?( t T Ⅱh,m Ⅱh n Ⅱ
h
×^z )d s (13)N h,e ≡0
(14)
类似的,将上式两边同时点乘以 t T I e,m I e n I
e ,并在z =0的面上面积分:
A I +e +A I -e =N eh (A I +h +A I -h )+
N e e (A II +
e
+A II -e )(15)
其中:
N eh =Q I e,m I e n I e Q II h,m II h n II
h
∫
S ( t T I e,m I e n I
e )?
( t T Ⅱh,m Ⅱh n Ⅱ
h
×^z )d s (16)
N e e =
Q I e,m I e n I
e Q II
e,m II e n II
e Y
II
e,m II e n II
e
∫
S
( t T I e,m I e n I
e )?
( t T II e,m II e n II
e )d s
(17)
根据式(12)及(15)可求得S 矩阵。
A I -h
A I -e A II +h
A II +
e
=
S 11S 12S 21
S
22
A I -h
A I -e A II +h
A II +
e
(18)
其中:
S 11=-W (U -MM ′
);S 12=2WM ;S 21=M ′[U +W (U -MM ′)]; S 22=U -2MWM ′
(19)
W =(U +MM ′
)-1;M =N hh N he N eh
N ee
(20)
U 为单位矩阵。
在求得不连续面上的S 矩阵后,即可按文献[10]中的方法先求出基本单元的S 矩阵,然后将各基本单元S 矩阵和有限长度传输线的S 矩阵相级联,最终求得整个滤波器的S 矩阵。
3 仿真及实测结果
基于上述模式匹配分析,使用MATLAB 语言编写了罚函数法优化设计软件;并用该软件对半波长型和谐振膜片型带通滤波器进行了精确优化设计。优化初值的选择方法分别参见文献[1]和文献[2]。两滤波器均为7个腔,结构如图3所示(注:半波长型包含8个膜片,而谐振膜片型仅含7个膜片)。中心频率和带宽均为3.85GHz ,700M Hz 。设计尺寸分别见表1和表2。(所有膜片厚度均为2mm ,所用波导管同为BJ40:a =58.17mm ,b =29.08mm )。实际设计的半波长型带通滤波器总长276.07mm ,谐振膜片型总长仅170.06mm ,缩短了38.4%。图5及图6分别示出了这两种滤波器的仿真和测试曲线。可以看到,由于模式匹配法设计的精确性,两滤波器的实测值与仿
808电 波 科 学 学 报
第20卷
真结果均吻合很好。另外,不难看出采用谐振膜片结构制作的波导滤波器可使频率高端阻带特性大大改
善。
图5 半波长型滤波器的宽带响应曲线
(理论曲线———测试曲线……
)图6 谐振膜片型滤波器的宽带响应曲线
(理论曲线———测试曲线……
)表1 7腔半波长型滤波器尺寸 (单位:mm)
窗孔尺寸a i ×b i
1、8膜片
2、7膜片
3、6膜片
4、5膜片46.32
×23.26
35168
×1813431132
×15164
29189
×15.04
膜片间距Li
L 1,7=31.01;L 2,6=37.25;L 3,5=40.87;L 4=41.81
总长Lt :276.07
表2 7腔谐振膜片型滤波器尺寸 (单位:mm)
窗孔尺寸a i ×b i
1、8膜片
2、7膜片
3、6膜片
4、5膜片41.23
×9.0239.62
×4.0239.42
×3.0139.35
×2.65
膜片间距Li :26.01;总长L t :170.06
4 结论
在使用模式匹配法对矩形波导中双面阶梯不连
续性进行分析的基础上,设计了一种谐振膜片型滤波器。此种滤波器比半波长谐振腔型尺寸小,阻带宽。实测结果与数值仿真结果很一致。参考文献
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(下转第839页)
9
08第6期 张本全等:宽阻带波导带通滤波器的精确设计
同理可定义散射方向与x oz 平面的夹角及其投影与x 轴的夹角γs 及其投影与x 轴的夹角θs ,那么
cos γs =
sin βs co s φs
co s θs
由图5(b )可知,对于该入射方向上,反射边界和阴影边界应该满足条件
γs =π±γi 即
cos γi +co s γs =
sin βi cos φi cos θi +sin βs cos φs
cos θs
=0又由反射及阴影边界的几何关系可知,入射方向与散射方向在x oz 平面的投影与x 轴的夹角应该相等,即θi =θs ,因此反射边界和阴影边界满足的关系用ILDC 理论中定义的角度可表示为
sin βi co s φi +sin βs cos φs =0
(14)同理可推导劈下表面被照射时的情况,此处不再赘述。
至此发现,第三部分得到的奇异点判断条件本质上就是ILDC 理论中反射边界和阴影边界的判断条件。综合第三部分及第四部分的结论,也就从理论上证明:ILDC 确实可以消除反射边界和阴影边界的奇异性。
6 结论
本文研究了ILDC 理论中绕射系数的虚假奇异点判断及消除问题,给出绕射系数在奇异点处取值的表达式,并讨论了虚假奇异点判断条件的物理意义。数值计算的结果表明本文给出的方法是有效的。另外,ILDC 理论的绕射系数中还存在着真实奇异点,这些奇异点从数学上是不可消除的。在数值计算中,考虑到绕射系数的连续性,可以用奇异点附近点的取值替代奇异点处的取值,以消除奇异性。
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人,国防科技大学电子科学与工程学院信息与通信系统专业博士研究生,主要研究方向为雷达信号处理,电磁散射计算。
胡卫东 (1967-),男,辽宁人,国防科技大学电子科学与工程学院副教授,博士,主要研究方向为雷达信号处理,目标识别与数据融合。
郁文贤 (1964-),男,上海人,国防科技大学电子科学与工程学院教授,博士生导师,博士,主要研究方向为智能信号处理,目标识别与数据融合。
(上接第809页)
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张本全 (1977-),男,山东
人,博士。现在电子科技大学“电磁场与微波技术”专业攻读博士学位.主要研究方向为微波电路CAD 及电磁场的数值计算。
王锡良 (1963-),男,江苏人,电子科技大学副教授、硕士生导师阮颖铮 (1939-),男,四川人,电子科技大学教授、博士生导师。
9
38第6期 肖 慧等:ILD G 理论中虚假奇异点判断及消除
微带低通滤波器的设计
微带低通滤波器的设计 朱晶晶 摘要：本文通过对国内外文献的查看和整理，对课题的研究意义及滤波器目前的发展现状做了阐述，然后介绍了微带线的基本理论,以及滤波器的基本结构，归纳了微带滤波器的作用和特点。之后对一个七阶微带低通滤波器进行了详细的研究，最后利用三维电磁场仿真软件ANSYS HFSS 进行仿真验证，经过反复调试，结果显示满足预期的性能指标。 关键字：微带线；低通滤波器；HFSS Abstract:View and finishing this article through to the domestic and foreign literature, the research significance and the filter to the current development status of, and then introduces the basic theory of microstrip line, and the basic structure of the filter, summarizes the function and characteristics of microstrip filter.After a seven step microstrip low-pass filter has carried on the detailed research, the use of 3 d electromagnetic field simulation software ANSYS HFSS simulation verification, after repeated testing, the results show that meet the expected performance index. Key word: microstrip line; low-pass filter; HFSS 1.引言 随着无线通信技术的快速发展，微波滤波器已经被广泛应用于各种通信系统，如卫星通信、微波中继通信、军事电子对抗、毫米波通信、以及微波导航等多种领域，并对微波滤波器的要求也越来越高。滤波器是一种重要的微波通信器件，它具有划分信道、筛选信号的功能，是一种二端口网络。整个通信系统的性能指标直接受它的性能优劣的影响[1]。主要技术指标要求有高阻带抑制、低通带插损、高功率、宽频带和带内平坦群时延等。同时，体积、成本、设计时间也是用户较为关心的话题。滤波器已经成为许多设计问题的关键，微带滤波器的设计技术是无线通信系统中的关键技术。传统方法设计出来的滤波器结构尺寸都比较大，在性能指标上也存在一定程度上的局限性，往往不能够满足现代无线通信系统的要求。目前，微带低通滤波器具有高性能、尺寸较小、易于集成、易于加工等优点因而得到了广泛的应用。 本论文以切比雪夫低通滤波器的研究作为实例，设计出一款七阶的微带低通滤波器，要求符合现代个人移动通信系统多需求的射频产品，覆盖一定的通信频率范围，使之掌握工程开发的相关步骤以及当前技术发展与需求。 2. 微带线的基本理论与参数 ε和导线厚度t、基板的介质损耗角正切函数，接地板和导线所用的金属 (1) 基板参数[2]：基板高度h、基板相对介电常数 r 通常为铜、银、铝。 (2) 电特性参数：特性阻抗、工作频率和波长、波导波长和电长度。 (3) 微带线参数：宽度W、长度L 和微带线单位长度衰减的量AdB。微带线的基本结构如1所示。 （a）结构示意图（b）横截面示意图 图1 微带线结构图 微带滤波器的参数： (1) 带宽 带宽指信号所占据的频带宽度，在被用来描述信道时，带宽是指能够有最大频带宽度。带宽在信息论、无线电、通信、信号处理和波谱学等领域都是一个核心概念。 (2) 带外衰减 由于要抑制无用信号，因此越大的带外衰减特性就越好，此项指标一般取通带外与截止频率为一定比值的某点频率的衰减值[3]。 (3) 通带插损 由于网络端口和元件自身损耗的不良匹配会造成一些能量损耗，造成在通带内引入的噪声过高以至于有用信号通过系统后产生信号失真，为了解决通信系统的这方面问题，就用插损IL 来表示滤波器的损耗特性。 (4) 带内驻波 滤波器的输入端口和输出端口与外加阻抗匹配的程度由带内驻波表示。驻波越小则说明匹配越好，反过来，则不然。 3. 运用HFSS 软件进行设计模拟仿真 3.1 微带低通滤波器的设计参数 滤波器工作频段：f1 =10MHz—f2=2500MHz =0.1dB 滤波器通带衰减：L Ar 滤波器带外抑制：在3500～5000MHz 的频率之间有35dB 的衰减 滤波器输入、输出端微带线特性阻抗：Z0=50 ε=3.66mm，h=0.508mm，t=0.004 所选介质基板指标为： r 可以计算得到7 阶切比雪夫低通滤波电路各微带传输线的结构参数[4-5]得到各尺寸如表1所示：
HFSS三腔矩形波导滤波器的仿真经验
以一个三腔矩形波导滤波器的仿真为例，我得到以下仿真经验： 1。当计算出结构尺寸的时候，包括膜片间距和每个腔体的长度，要开始建立3D模型的时候，不必着急，现将这些数据进行一下预处理，腔体长度进行预缩短，最多不要超过0.03，膜片间距进行预加长，最多不要超过0.07。 这些数字可能打了也可能小了，按你仿真出来的曲线进行细致调节！我主要针对S21曲线的特点进行细致调节。 2。如果通频带内有较大的波纹（超过最小插入损耗），那么一定要扩大内侧腔（同时缩短了外侧腔，这没有关系，正是需要），必要时同时减小外侧腔缩小的程度。 3。大量数据表明： 内侧膜间距变小—〉频带右移，通频带左侧波纹变小，右侧变大； 外侧膜间距变大--〉频带左移，通频带左侧波纹变小，右侧变大； 以上变化，相对而言，通频带左侧波纹变化特别大。 因此如果通频带有偏移或者通频带左侧波纹太大，可以调整膜片间距，适当的调整并不会导致右侧波纹大过最小插入损耗。 4。如果S11的曲线比较对称美观，说明调整的方向大致是对的，可以继续。 5。如果S21曲线右侧带外抑制不足的时候（一般高端都不容易实现抑制，低端一般从一开始仿真就是对的），可增大外侧膜片间距，减小内侧膜片间距，一般得到的最后结果膜片尺寸是对称的，为方便生产也应尽量使其对称，即在改变间距的时候要对称地改。 此外，刚开始接触滤波器设计仿真的我还在实践中得到几条结论： 1。S11的最大值是由给定的波纹决定的。 2。S11的最大值、S21曲线的平滑程度和右侧带外抑制这三者之间有互相牵制的关系，仿真的时候不可能同时达到比较好的程度，只能尽量让这三者在符合要求的同时更好。 S11的最大值可单侧达到很好，但这样的话另一侧肯定很差。S11也可以整体达到比较理想的程度，但是这时高端抑制必然不足。
金属同轴腔滤波器设计要点
金属同轴腔滤波器设计 摘要 近年来，随着移动通信、导航技术和电子对抗的快速发展，对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求。同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器，具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点,在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。 本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析，分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等。利用响应函数得到腔体之间的耦合系数。应用三维全波仿真软件,分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系。最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例，测试结果性能良好，符合设计指标要求。 关键词：微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析 1
ABSTRACT With the rapid development of mobile communication system, the quality of microwave components is becoming more and more important. As a microwave band-pass filter, coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems, for its high power capacity, low insertion loss and far spurious pass-band. Based on the research of coaxial filter, the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper, including resonant frequency, coupling structure and external Q of the cavities. The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function. The width of coupling windows and in-put/out-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization. At last, a coaxial cavity filter is designed and measured, which has perfect performances and is satisfied with the technical specifications. Key Words: microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation
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
模式匹配法分析波导滤波器
Ka波段波导H面膜片滤波器的MMM分析 学号：XS13042008 ：田遥岭
摘要 在平时的微波滤波器分析与设计中，很多时候都是直接使用电磁仿真软件直接仿真，但是由于数值解法的先天性缺陷，我们在仿真时可能会花相当长的时间运行仿真程序。对于一些滤波器的设计人员而言，这个缺点也是相当明显的。尤其是当滤波器阶数多了以后，电磁软件的运行时间将会相当长。 本文主要是对一定尺寸的矩形波导，通过理论分析和程序仿真研究具有一定尺寸的矩形波导滤波器的滤波特性。 按照要求，本文将对a=22.86mm、b=10.16mm的矩形波导进行具体的研究讨论：首先选定的频率围Ka波段；利用模式匹配法分析这种结构，较快速的得到这种结构的滤波特性，并与HFSS中相同结构的矩形波导滤波器的仿真结果进行比较。 通过上述的分析，将会掌握另一种较为精确的滤波器分析方法。 引言 一般来讲，微波元器件的设计先用包括等效电感的等效电路进行初步设计，在用比较严格的方法，比如模式匹配法或其他数值方法进行分析验证和优化。下面就将介绍用MMM法分析矩形波导滤波器的响应理论推导及仿真过程。
理论推导 对于对称的H 面波导阶梯如下图，其模式匹配法分析不连续性两边的场的过程如下： （1）首先进行模式分析： 当TE10模入射时，由于TE10模只有Ey 分量、无Ex 分量，而且阶梯在y 方向是均匀的，即不会激励出Ex 模式。由阶梯处的边界条件可知：在阶梯处将会激励出TEm0模式。又由于此阶梯的对称性，可由阶梯两边场模式的对称性得激励模式为21,0m TE 。 （2）模式展开： 由于场的展开方式与非对称H 面阶梯中场的推导过程相同，故可以直接给出 I 区和II 区的横向场分布： I 区的场分布为：
(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
SIW带通滤波器仿真设计
0 引言 滤波器在无线通信、军事、科技等领域有着广泛的应用。而微波毫米波电路技术的发展，更加要求这些滤波器应具有低插入损耗、结构紧凑、体积小、质量轻、成本低的特点。传统用来做滤波器的矩形波导和微带线已经很难达到这个要求。而基片集成波导(SIW)技术为设计这种滤波器提供了一种很好的选择。 SIW的双膜谐振器具有一对简并模式，可以通过对谐振器加入微扰单元来使这两个简并模式分离，因此，经过扰动后的谐振器可以看作一个双调谐电路。分离的简并模式产生耦合后，会产生两个极点和一个零点。所以，双膜滤波器在减小尺寸的同时，也增加了阻带衰减。而且还可以实现较窄的百分比带宽。可是，双膜滤波器又有功率损耗高、插入损耗大的缺点。为此，本文提出了一种新型SIW腔体双膜滤波器的设计方法。 该SIW的大功率容量、低插入损耗特性正好可以对双膜滤波器的固有缺点起到补偿作用。而且输入／输出采用直接过渡的转换结构，也减少了耦合缝隙的损耗。 l 双膜谐振原理及频率调节 SIW是一类新型的人工集成波导，它是通过在平面电路的介质层中嵌入两排金属化孔构成的，这两排金属化孔构成了波导的窄壁，图1所示是基片集成波导的结构示意图。这类平面波导不仅容易与微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIC)集成，而且，SIW还继承了传统矩形波导的品质因数高、辐射损耗小、便于设计等优点。 1．1 基片集成波导谐振腔 一般情况下，两个电路的振荡频率越接近，这两个电路之间的能量转换需要的耦合就越小。由于谐振腔中的无数多个模式中存在着正交关系，故要让这些模式耦合发生能量交换，必须对理想的结构加扰动。但是，为了保持场结构的原有形式，这个扰动要很小。所以，本文选择了SIW的简并主模TE102和TE201，它们的电场分布图如图2所示。因为TM和TEmn(n10)不能够在SI W中传输。因此，一方面可以保证在小扰动时就可以实现耦合，同时也可以保证场的原有结构。
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)
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。 实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，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，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，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。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 1、滤波器的介绍 滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 滤波的性能指标： 频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带 2、平行耦合微带线滤波器的理论 当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。 二、耦合微带线滤波器的设计的流程 1、确定滤波器指标 2、计算查表确定滤波器级数N 3、确定标准滤波器参数 4、计算传输线奇偶模特性阻抗 5、计算微带线尺寸 6、仿真 7、优化再仿真得到波形图 设计参数要求： （1）中心频率：2.4GHz； （2）相对带宽：9%； 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 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。 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则： 革命性的RF陶瓷波导滤波器，用于下一代通信系统 (2014-06-09 13:40:54) 市场预测，到了2017年，无线设备，如智能手机、平板电脑、和移动电脑等需求的信息流量（数据、视频、语音）将有十倍的增长要求。随着信息量的增大，对于网络传输系统的带宽、容量，提出了新的要求。 无线通讯系统，通过让几个大功率服务基站覆盖大面积的区域，通过应用一些小的基站，这些大功率基站可以服务于很大的区域。这些小的基站，仅仅服务一个很小的区域，经过组合在一起的时候，他们提供一定的覆盖范围，同时增加了通讯能力。 空气式腔体滤波器已为这种宏单元拓扑结构提供了整体优越的性能和信息处理能力而成为首选。然而，空气式腔体滤波器体积大、笨重、昂贵，不适合小单元（small-cell）应用。工程师需要提供一个解决方案，能够提供高性能的解决方案，例如在空间和成本之间提供最优化的选择。MAGVENTION通过提供一种陶瓷波导滤波器，提出一种解决方案。 MAGVENTION陶瓷波导技术，采用了其专利结构技术以及高性能的陶瓷机密配方。它提供了一种滤波方法，满足了市场所需要的低成本、小体积和高的电气性能。它提供小于2.5dB的插入损耗，隔离度最大可达到-80 dB，低互调（Passive Intermodulation ，PIM）平均水平为-110 dBm。 特性值： ? Band Pass Filter UMTS Bands 1、2、4、7、25 ? Average Power: ~ 50 Watt ? Peak Power: 大于500 Watt ? High Q Factor: 30% ? Low Insertion Loss: < 1.5 dB ? Sharp Rejection Points: Up to -80 dB ? Excellent PIM Levels: -110 dBm typical 63.5 x 38.1 x 12.7mm 一设计选题 选题：平面带通滤波器设计与测量 微带基片选择：RO5880 板材厚度：0.254mm 指标要求： 通带围12.25GHz-12.75GHz（中心频率12.5GHz 相对带宽4%） 带插损IL小于4dB 带反射系数RL大于10dB 边带抑制：13GHz以上至少抑制15dB 14-16 GHz抑制30dB以上 12GHz以下至少抑制15dB 11GHz以下至少抑制40dB 8-10GHz以下至少抑制50dB 在上述指标要求达成的前提下，过渡带宽越窄越好；归一化滤波器的面积越小越好。 二基本原理 2.1 滤波器设计方案的选取 本次设计的主要评分指标之一为滤波器的选择性，为了实现高选择性的带通滤波器，本文利用源-负载耦合，交叉耦合，以及混合电磁耦合等方式在带外适当位置引入传输零点，从而大大改善了带通滤波器的矩形度。该设计思路优势在于可以方便地调节传输零点的位置，从而改善带通滤波器的矩形度。但是随着滤波器的矩形度不断提 高，对于滤波器通带外的抑制也随之恶化，故设计中需要考虑在满足带外抑制要求的前提下尽量使滤波器获得较好的矩形度。另外，滤波器的阶数也会对滤波器的矩形度产生巨大影响。随着滤波器阶数的提高，滤波器的矩形度逐渐改善。但与此同时，滤波器的带插损也逐渐恶化。故在滤波器的设计过程中需要权衡矩形度与带插损两个指标要求，选择合适的滤波器阶数。 除此之外本次滤波器的设计还需考虑到介质基板板材与厚度的选取对于滤波器性能参数的影响。首先考虑到要求插损越高越好，故选取了损耗正切较小的板材RO5880，其损耗正切为0.0009，介电常数为2.2。板材厚度的选取主要是考虑到了其对于滤波器尺寸以及插损的影响。较薄的介质板可以使滤波器的尺寸进一步减小，但是与此同时，滤波器的插损也会变差。权衡考虑滤波器的尺寸以及插损的要求，本文选取介质基板厚度为0.254mm。 最终，本文采用六阶交叉耦合谐振腔体滤波器设计方案，其基本谐振单元的结构为如图2.1所示的半波长开环谐振器。整个滤波器的耦合拓补结构见图2.2。最终设计得到的滤波器结构如图2.3所示。 图2.1 基本谐振单元 滤波器电路设计实验报告 院系：物理科学与技术学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：杨鸣 2013年12月20日 目录 0、设计要求 (1) 1、电路基本模型的选择以及参数的计算。 (1) 2、电路元件参数的计算 (4) 3、Multisim仿真 (5) 4、器件的选择 (8) 5、Protel制板 (9) 6、体会 (9) 一、电路基本模型的选择以及参数的计算。 （1）选择有源滤波器 有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。 一般由集成运放与RC 网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 （2）滤波电路传递函数 分为：低通（LPF ）、高通（HPF ）、带通（BPF ）、带阻（BEF ）、全通（APF ） 理想滤波电路的频响在通带内具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值为0。实际电路往往难以达到理想要求。 根据不同要求，常用低通有三种： 巴特沃斯滤波器通带最平坦，阻带下降慢。 切比雪夫滤波器通带有纹波，阻带下降较快。 贝塞尔滤波器通带有纹波，阻带下降慢，且群时延恒定，失真小。 我们选择通带平坦的巴特沃思滤波器 n 阶巴特沃思传递函数。 ()A j ω= n: 阶数 ωC ：3dB 截止角频率 A0：通带电压增益 0|()|1()()10 n n c A j A ωωω≈= 026lg 220 A n A ?=-=≈ 因此本电路采用二阶巴特沃思低通滤波器与二阶巴特沃思高通滤波器级联而成。 基本框图如下 湘潭大学 集成电路课程设计 题目：带通滤波器 学院：材料与光电物理学院 专业：微电子 学号：2009700113 姓名：闫少阳 指导教师：唐明华教授 提交日期：2012年9月 目录 摘要 (1) Abstract (2) 1 引言 (3) 2滤波器的分类 (5) 3 级联实现带通滤波器原理 (6) 4压控电压源二阶有源带通滤波器设计、仿真和测试 (7) 4.1 压控电压源二阶有源带通滤波器理论概述 (7) 4.2 压控电压源二阶带通滤波器电路模型 (7) 4.3 压控电压源二阶带通滤波器电路特点 (8) 4.4 设计要求 (8) 4.5 设计步骤 (8) 4.5.1元器件的选择与LM324介绍 (8) 4.5.2multisim仿真 (14) 4.6 元器件的调整 (16) 4.7 利用protel 99SE进行电路板的制作 (16) 4.8 电路板的测试 (18) 4.9 小结 (18) 5结束语 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21) 带通滤波器 摘要：近年来，各种基于电力电子技术的非线性装置在电力系统中的应用日益广泛，使得谐波危害日益严重。为了保证电力系统的安全运行，必须对谐波污染进行治理，以改善电能质量。 就当前的工业现实而言，抑制谐波的基本手段是装各类滤波补偿装置。无源滤波器的结构简单，经济性好，但易受电网阻抗和运行状态影响与系统发生谐振，且仅能补偿固定频率的谐波。而有源滤波器则可以解决这些问题，并且可以自动跟踪补偿变化的谐波，具有高度可控性，因而具有极高的发展前景。 本文的主要内容有： 1. 压控电压源二阶有源带通滤波器理论，包括其数学模型和典型参数[1]； 2. 介绍集成运放LM324的结构、引脚及性能参数； 3. 软件protel 99SE[2]和multisim 10的简要介绍； 4.设计、仿真、制作一个二阶压控电压源滤波器，并对其进行测试[3]。 关键词：带通滤波器；中心频率；通频带带宽；multisim 9；protel 99SE；仿真 引言 滤波器是一种二端口网络。它具有选择频率的特性，即可以让某些频率顺利通过，而对其它频率则加以阻拦，目前由于在雷达、微波、通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高；所以需用大量的滤波器。再则，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用，像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等一类器件都是多频率工作的，都需用相应的滤波器。更何况，随着集成电路的迅速发展，近几年来，电子电路的构成完全改变了，电子设备日趋小型化。原来为处理模拟信号所不可缺少的LC型滤波器，在低频部分，将逐渐为有源滤波器和陶瓷滤波器所替代。在高频部分也出现了许多新型的滤波器，例如：螺旋振子滤波器、微带滤波器、交指型滤波器等等。虽然它们的设计方法各有自己的特殊之点，但是这些设计方法仍是以低频“综合法滤波器设计”为基础，再从中演变而成，我们要讲的波导滤波器就是一例。 通过这部分内容的学习，希望大家对复变函数在滤波器综合中的应用有所了解。同时也向大家说明：即使初看起来一件简单事情或一个简单的器件，当你深入地去研究它时，就会有许多意想不到的问题出现，解决这些问题并把它用数学形式来表示，这就是我们的任务。谁对事物研究得越深，谁能提出的问题就越多，或者也可以说谁能解决的问题就越多，微波滤波器的实例就能很好的说明这个情况。我们把整个 问题不断地“化整为零”，然后逐个地加以解决，最后再把它们合在一起，也就解决了大问题。这讲义还没有对各个问题都进行详细分析，由此可知提出问题的重要性。希望大家都来试试。 §1-1 滤波器的基本概念 图 1 图1 的虚线方框里面是一个由电抗元件L 和C 组成的两端口。它的输入端1-1'与电源相接，其电动势为Eg，内阻为R1。二端口网络的输出端2－2' 与负载R2相接，当电源的频率为零（直流）或较低时，感抗jωL很小，负载R2两端的电压降E2比较大（当然这也就是说负载R2可以得到比较大的功率）。 但是，当电流的频率很高时，一方面感抗jωL变得很大，另一方面容抗－j/ωC却很小，电感L上有一个很大的压降，电容C又几乎把R2短路，所以，纵然电源的电动势Eg保持不变，负载R2两端的压降 E2也接近于零。换句话说，R2不能从电源取得多少功率。网络会让低频信号顺利通过，到达R2，但阻拦了高频信号，使R2不受它们的作用，那些被网络A（或其他滤波器）顺利通过的频率构成一个“通 带通滤波器的设计和仿真 学院信息学院 姓名吴建亮 学号201203090224 班级电信1202 时间2014年10月 1.设计要求 设计带通为300Hz ～10KHz 的带通滤波器并仿真。 2.原理与方案 2.1工作原理： 带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。 2.2总体方案 易知低通滤波电路的截止角频率ωH 大于高通滤波电路的截止角频率ωn ，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器1A 0=，截止频率z 10f f c kH H ==，选取第一级高通滤波器的541.01=Q ,第二级的高通滤波器的306.12=Q 。 主要参数： 电容,p 1000 2F C =则 基准电阻Ω== 5.15945f 21 2 c 0C R π， F C A Q C p 2341)1(400112 =+=，取标称值2400pF ， Ω== 1470920 10 1A Q R R ,取标称值14.7k Ω， Ω==k R A R 7.14102，取标称值14.7k Ω， Ω=+= 7354) 1(2010 3A Q R R ，取标称值7.32k Ω， Ω== 609320 20 4A Q R R ,取标称值6.04k Ω， Ω==k R A R 04.6405， F C A Q C p 13645)1(440232=+=,取标称值0.013μF, Ω=+= 3046) 1(2020 6A Q R R ,取标称值3.01?Ω， 同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益1A 0=，截止频率z 300f f c H L ==，选取第一级高通滤波器的541.03=Q ,第二级的高通滤波器的306.14=Q 。 主要参数如下： 电容F C C C μ033.0~0105==， ， Ω== k R 08.16C f 21 0C 0π Ω=+= k A Q R R 9.9) /12(030 7，取标称值10k Ω， Ω=+=k A Q R R 1.26)21(0308，取标称值27k Ω， Ω=+= k A Q R R 10.4) /12(040 9 ，取标称值3.9k Ω， Ω=+=k A Q R R 98.62)21(04010，取标称值62k Ω。 3 电路设计 图3-1 高通滤波器实验四微带线带通滤波器设计
带通滤波器设计步骤
带通滤波器设计实验报告
二阶有源带通滤波器设计及参数计算
RF陶瓷波导滤波器
平面带通滤波器设计说明
带通滤波器的设计与制作
课程设计带通滤波器.
滤波器设计[经典]
带通滤波器的设计和仿真