ANSOFT的滤波器设计

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1、ANSOFT培训班教材-滤波器设计基础-谢拥军西安电子科技大学Ansoft培训中心1滤波器设计基础基本原理低通原型函数滤波器设计基础频率变换经典设计方法LTCC滤波器设计21.1基本原理l定义（filter）：对电磁波信号进行过滤，让需要的信号通过，抑制不需要的信号。A()jwww012wBW带通滤波器31.1基本原理l微波带通滤波器指标图解41.1基本原理l主要参数Ø中心频率Ø插入损耗Ø通带带宽Ø带内波纹Ø群时延Ø反射损耗Ø带外抑制1.1基本原理Pin—入射功率P—反射功率RP—输入端吸收功率P—负载吸收功率AL61.1基本原理Ø插入

2、损耗（IL）为：IL=-10log(PP)Lin如果IL=3dB，那末只有50%入射功率为负载吸收。Ø反射损耗（RL）为：2ær-1ö2RL=-10log(PP)=-10logç÷=-10logGRinç÷èr+1ø式中r为驻波系数，G为反射系数。71.1基本原理Ø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，即规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。Ø带内波纹：插入损耗的波动范围。带内波纹越小越好，否则会增加通过滤波器的不同频率信号的功率起伏。81.1基本原理Ø群时延（group

3、delay）t为：D¶f1dfTT（秒）t==D¶w2pdf其中f负载电流的相位：Tf=arg(I)TLt表示信号经过滤波器的时延。信号带宽内不同频率分D量时延不同将引起调频信号的畸变。最大可允许的畸变可以用DLP来量度。DLP为在给定频带范围内器件相位与线性变化时的相位的最大偏离：DLP=max[fT-kwt]91.1基本原理l滤波器分类最普通的滤波器具有低通、高通、带通、带阻衰减特性。101.1基本原理可以从不同角度对滤波器进行分类:Ø按功能分，有低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器，可调滤波器。Ø按用的元件分，有集总参数

4、滤波器，分布参数滤波器，无源滤波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面波滤波器，等等。111.2滤波器低通原型低通原型为设计微波滤波器的基础，各种低通、高通、带通和带阻滤波器的传输特性由此原型变换而来。衰减函数LA(w)的选取满足二个特性：ØL(w)³0(dB),因为滤波器为无源网络，PL£PinA2ØL(w)=10lg[1+P(w)]，滤波器为无耗网络，因此:A2222s=1-s=1-G，而G(w)是的w偶函数，于是:21111L(w)=10lgA21-G(w)121.2滤波器低通原型l最平坦型低通原型数学表示式为：''2wnL(we)=

5、+10lg[1()]Aw1式中e满足关系式LAr=+10lg1(e)n对应于电路所需级数。w''w11.2滤波器低通原型'Ø参数指标：通带内最大衰减LAr，截止频率w1，阻带'最小衰减LAs以及阻带边频。ws'Ø特点：w=0处(2n–1)阶的导数等于零，在通带内衰减变化及其缓慢，具有最平坦特性，定'义为衰减w13dB的频带边缘点。Ø最平坦型用巴特沃斯（Butterworth）函数逼近，结构简单，最小插入损耗，适用于窄带场合。141.2滤波器低通原型l切比雪夫低通滤波器特性曲线数学表示式为：éùw¢22L=10lgêú1+eeT()++1

6、0lgéù1Tx()Ann¢ëûwëû1式中Tx()是n阶第一类切比雪夫多项式nT(x)=-2xT(x)Tx()n+-11nnw¢w¢1ìTx()1=0ïíT()xx=1ï2îT(xx)=-212151.2滤波器低通原型2Txn()在x=-01之间为余弦函数，故在x=-01之间呈现等波纹变换,在x=1时Tn(1)=1,衰减达到最大值LAr,即：LAr=10lg(1+e)，于是：LAr/10e=10-1Ø特点：带内衰减呈等波纹特性，定w1义为等波纹频带的边缘频率。LAr是波纹的幅度，是波纹e因数，e越小，波纹幅度越小。Ø切比雪夫型（Che

7、byshev）,结构简单，频带广，边沿陡峭，应用范围广。161.2滤波器低通原型l椭圆函数低通原型其衰减特性数学表示式：2LAn=+10lgéù1Fj(w)LëûAsLAr其中，Fjn(w)椭圆函数为：www1s1.2滤波器低通原型对于n为奇数的情况：n1/2(2-2)...(2-2)kww1wwpw1Fn(w)=()222222p=(n-1)k1(1-kw1w)...(1-kwpw)2对于n为偶数的情况：n1/2(2-2)...(2-2)kw1wwpwnFn(w)=()p=222222k1(1-kw1w)...(1-kwpw)21.2

8、滤波器低通原型Ø参数指标：L通带最大衰减，L阻带最小衰减，通带ArAs''带边频率w，阻带带边频率。w1sØ特点：通带和阻带都具有等波纹特性，通带具有若干个零点频率，阻带内具有若干个极点频率，零点和极点的数