线性相位滤波器的分析

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1、硕士论文线性相位滤波器的研究1绪论1．1线性相位滤波器的研究背景和研究意义滤波器是一种用来处理信号的器件或电路，主要作用是让有用信号无损耗地通过，同时尽可能地反射掉无用的信号。信号的相频特性和幅频特性一样，都是信号的重要特征。长期以来，无论对于数字信号还是模拟信号，相位特性往往不是考虑的重点。但随着通信市场的不断发展，人们对通信质量的要求越来越高，相频特性也越来越受到重视。振幅响应和相位响应均不失真的滤波器可以降低系统的误码率，改善通信质量。在电视、网络、数字通信和雷达系统中，输出信号想要恢复输入信号携带的

2、原始信息，必须满足无相位失真条件。有线电视前端系统的性能指标决定了其信号的质量好坏，滤波器是其前端系统中重要的一环，它可以过滤或抑制干扰信号，以得到用户需要的电视图像和声音。但如果传输函数的相频特性产生变化，则由此引起的相位畸变将会使用户接收的电视信号产生失真。此外，线性相位滤波器在雷达的脉冲信号传输和功放的预失真技术中都有着重要的应用。有时系统需要满足一定的相位特性，比如脉冲压缩或扩展，或补偿其他元器件所产生的相位失真等，比如滤波器或色散结构，也需要用到线性相位滤波器。近十年来，移动通信技术迅速发展，用户

3、对信息量的需求不断增长，线性相位滤波器的发展需求也越来越大。因此对线性相位滤波器的研究具有重要意义。1．2线性相位滤波器的国内外研究现状线性相位滤波器的相位参数不容易提取，因此设计起来比较困难。直到1970年，JohnDaVidRhodes第一次提出了等间距线性相位多项式这一概念【l】。依据这个式子可以计算出低通线性相位滤波器原型网络中的元件值，使得线性相位滤波器的设计有了一个可依据的方法12J131。后来为了验证这个理论的正确性，JohnDaVidRhode分别设计了交指型和波导结构线性相位滤波器，相对带

4、宽分别不超过2．5％和1％【4】【51【6】。RalphLevy在1976年提出了单一零点理论，他发现在滤波器的虚频上引入零点可以改善滤波器的相位特性【7J，而且其用来引入零点的结构非常容易设计和调试[8]。1979年，J．H．Cloete依据JollIlDaVidRhodes的理论进行了更加全面详尽的计算，他给出了偶阶非最小相位低通原型网络的元件的具体数值，使得后来的研究者们只要通过查阅表格就能获得窄带线性相位滤波器低通原型网络的元件值【9】【10】。20世纪70年代末期开始，美国、日本、欧洲一些国家发现

5、高温超导材料用于制作微波器件性能十分优异，他们投入了大量资源，1绪论硕士论文对超导材料在微波领域的作用进行了深入研究。目前，国外的技术已逐渐成熟，超导线性相位滤波器开始被大量地应用于移动通信系统中。国内关于线性相位滤波器的研究除了采用一些常见结构，比如腔体和微带线，其余主要是采用高温超导薄膜材料制作的滤波器。2004年，陈炜介绍了一种采用数个环状谐振器平行耦合的环状微带线滤波器，中心频率为8．6GHz，但是没有给出具体的群时延结果[12】。2005年，李磊设计了一款六级同轴腔体线性相位滤波器，滤波器中心频率

6、为3920MHz，通带只有10MHz，通带内群时延的平坦范围为50％I”J。2005年JiaShengHong等人设计了一款18阶高温超导线性相位滤波器。2007年，张天良制作了一款6级高温超导薄膜线性相位滤波器，其通带范围为17lOMHz~1790MHz，群时延平坦度为±1．5ns【14】。2007年，Taozuo，LanF锄g和Sha01inY知制作了一款外均衡高温超导线性相位滤波器。2007年电子科技大学硕士陈雅芳设计了一款8级微波线性相位带通滤波器，通带频率为1．910GHp2．015GHz，群时延

7、9．5ns，群时延平坦度±0．1ns【”J。2008年南开大学硕士季来运设计了12阶2交叉耦合线高温超导线性滤波器和14阶3交叉耦合cQ结构高温超导线性滤波器【16】。2009年电子科大羊恺设计了一款L波段高温超导带通滤波器，采用SIR谐振器，带内插损最好达到0．12dB【17】。1．3仿真CAD软件介绍‘18】近年来用于设计射频、微波电路，尤其是进行全波电磁仿真的辅助计算机工具(CAD)发展特别迅速。已经有很多商业或特殊的内部软件用于微波滤波器的建模、设计、仿真和检验。这个领域的发展跟计算机能力的日益发展

8、息息相关。cAD迅速发展的另一个原因是因为其设计的产品成本低，同时也可以实现量产。总的来说，除了加工工具的花费，生产滤波器产品的成本主要是来自材料和劳力的开销。用传统印刷电路板制作的微带滤波器成本低，用好点的材料比如超导体制作的滤波器性能更优秀，但是成本会提高很多。劳力成本包括设计、制造、测试和调谐。cAD能够使设计和调谐的成本大大降低。举个例子，为了控制制作过程，调谐或者不调谐不仅仅是设计精度的问题，如果量产的