实验三.滤波器

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1、实验三滤波器一、实验目的：1.了解基本低通及带通滤波器之设计方法。2.利用实验模组实际测量以了解滤波器的特性。3.学会使用微波软件对低通和高通滤波器的设计和仿真，并分析结果。二．实验内容：1．低通滤波器实验。2．带通滤波器实验。三．实验仪器：MOTECHRF2000测量仪1套低通滤波器模组RF2KM6-1A1组带通滤波器模组RF2KM6-1A1组50ΩBNC连接线2条1MΩBNC连接线2条MICROWAVE软件1套四．实验原理：（一）滤波器的种类以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为低通、高通、带通及带阻四种。若以滤波器的频率响应来分，则常见的有巴特渥兹型、切比雪夫I

2、型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等。若按使用元件来分，则可分为有源型及无源型两类。其中无源型又可分为L-C型及传输线型。而传输线型以其结构不同又可分为平行耦合型、交叉指型、梳型及发针型等等不同结构。本实验以较常用的巴特渥兹型、切比雪夫I型为例，说明其设计方法。巴特渥兹型、切比雪夫I型低通滤波器的响应图如下。(a)(b)其中rp(dB)——通带纹波,N——元件级数数ω——截通比ω=fc/fx(低通)=BWp/BWx(带通)其中fc——-3dB截止频率fx——截止频率BWp——通带频宽BWx——截止频宽Tn(w)为柴比雪夫多项式其中，图a巴特渥兹型与切比雪夫型通带响应图b巴特渥

3、兹型与切比雪夫型截通带响应比较图其中：B（3，ω）——三级巴特渥兹型的衰减响应T（0.25，3，ω）——纹波为0.25dB的三级切比雪夫型的衰减响应T（0.5，5，ω）——纹波为0.5dB的五级切比雪夫型的衰减响应T（1，7，ω）——指纹波为1dB的七级切比雪夫型的衰减响应（二）低通滤波器设计方法：（1）巴特渥兹型步骤一：确定参数。电路阻抗：Z0（ohm）；截止频率：fc(Hz)；截通频率：fc(Hz)；通带衰减量；阻带衰减量步骤二：计算元件级数：,N取最接近的整数步骤三：计算原型元件值：步骤四：先选择串L并C型或并C串L型，再根据公式计算实际电感电容值：（a）串L

4、并C型（b）并C串L型（B）切比雪夫I型步骤一：确定参数。电路阻抗:Zo(ohm)截止频率:fc(Hz)阻带频率:fx(Hz)通带纹波量:rp(dB)阻带衰减量:Ax(dB)步骤二：计算元件级数，其中N取最接近的奇整数。采用奇整数是为了避免切比雪夫低通原型在偶数级时，其输入与输出阻抗不相等。步骤三：计算原型元件值：其中步骤四：先选择串L并C型或并C串L型，再依据公式计算实际电感电容值。（a）串L并C型（b）并C串L型（二）带通滤波器设计方法：步骤一：确定参数。电路阻抗:Zo(ohm)上通带频率:fPU(Hz)下通带频率:fPL(Hz)上截止频率:fXU(Hz)下截止

5、频率:fXL(Hz)通带衰减量:AP(dB)阻带衰减量:AX(dB)步骤二：计算元件级数。其中（1）巴特渥兹型(Butter-worth)，N取最接近的整数.（2）切比雪夫I型(TchebeshevType)，N取最接近的奇整数步骤三：计算低通原型元件值，其公式如前所示。并选择串L并C型或并C串L型，计算出实际电容（Cp）、（Ls）值。（a）串L并C型（b）并C串L型步骤四：计算带通原型元件变换值。由低通原型实际元件值依据下列变换对照表计算出带通原型实际元件值，并用带通原型变换电器取代低通原型电路元件，以完成带通电路结构。低通原型电路元件带通原型变换电路变换公式Cp

6、LpCp电容电感LsCsLs图1N=5串L并C型低通滤波器电路原型图2N=5并C串L型低通滤波器电路原型图3N=5串L并C型带通滤波器电路原型图4N=5并C串L型带通滤波器电路原型五、实验步骤：1.先将RF2000与PC及通过RS232连接，接好RF2000的电源，开机。启动SCOPE2000软件。2.开始做“低通滤波器”实验，将标号为“RF2KM6-1A”的模块按图示的接法P1端接在RF2000的SWEEP/CW1OUT端子上，P2接上50欧姆匹配负载。3.接好模块以后，过几秒钟按“BAND”把频段打到49M-110M软件界面。按BAND可以在各频段间切换，按S1

7、1、S21可以切换S11、S21的曲线图。4.开始低通滤波器的S21参数测量，模块标号为“RF2KM6-1A”模块P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接至RF-2K的RF-IN。5.过几秒钟后把频段打到49M-110,M软件界面。按BAND可以在各频段间切换，按S11、S21可以切换S11、S21的曲线图。6.开始做带通滤波器的S参数测量，模块标号为“RF2KM6-1A”，P3端接至RF-2KSWEEP端，P4接50欧姆匹配负载。7.过几秒钟后把频段打到140M-300,M软件界面。按BAND可以在各频段间切换，按S11、S21可以切换S11、S21的曲线图。