射频与微波电路设计》--微带滤波器设计

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1、滤波器是最基本的信号处理器件。第五讲微带滤波器设计1滤波器用途与分类最普通的滤波器具有图5-1所示的低通、高通、带通、带阻衰减特性。图5-1四个普通滤波器的特性曲线可以从不同角度对滤波器进行分类：(a)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。(b)按用的元件分，有集总参数滤波器，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。2基本滤波器工作原理集总参数滤波器(1)基本LC低通滤波器（见图5-2）图5-2(2)基本LC高通滤波器（图5-3）(3)基本串联、并联带通

2、滤波器图5-3图5-4CL基本LC低通滤波器T-型常数-k低通滤波器π-型常数-k低通滤波器基本串联带通滤波器基本并联带通滤波器3基本滤波器工作原理(4)基本串联带阻滤波器（见图5-5）基本并联带阻滤波器图5-5(5)基本滤波器电路的串联、并联构成更复杂的多级滤波器（见图5-6）图5-6基本串联带阻滤波器基本并联带阻滤波器(a)8个极点的低通滤波器(b)6个极点带通滤波器4分布参数滤波器(1)并联/4短路线构成的带通滤波器（见图5-7）图5-7(2)并联/4开路线构成的带阻滤波器（见图5-8）图5-8(3)六级边缘耦

3、合平行耦合线带通滤波器（见图5-9）图5-9/4通过孔/45分布参数滤波器(4)六级折叠边缘耦合分布参数带通滤波器（见图5-10）图5-10(5)六级叉指分布参数带通滤波器(6)分布参数低通滤波器图5-11图5-12与（3）比较，（4）和（5）的优点是结构紧凑，公用芯片面积小。50OHMS50OHMS6滤波器可以看成一个二端口网络Pin—入射功率PR—反射功率PA—吸收功率根据能量守恒关系，有通过滤波器的功率PL被负载RL吸收，显然图5-14滤波器及其等效网络如果滤波器无损耗，PL=PA。如果输入端又无反射，PR=0

4、，则PL=Pin。7滤波器可以看成一个二端口网络从源得到的最大功率为输入功率而RG、VG、IG和IL分别为源内阻抗、源电压、源电流以及负载电流。插入损耗（IL）如果IL=3dB，那末只有50%入射功率为负载吸收。反射损耗（Returnloss）为式中为驻波系数，为反射系数。8滤波器可以看成一个二端口网络定义负载电流的相位T为则群时延（groupdelay）D为（秒）D表示信号经过滤波器的时延。信号带宽内不同频率分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定义为在给定频带范围内器件

5、相位与线性变化时的相位的最大偏离常数k的选择使之与线性相位变化关系偏移最小。还有必要指出一点，稳态和瞬态情况下，特别是当信号脉冲宽度与滤波器群时延达相同量级甚至更短时，滤波器的参数与稳态时相比可能有很大的差别。9滤波器主要参数10滤波器设计理论1.低通滤波器设计是基础高通滤波器可用带通滤波器（当通带高端很高时）代替带阻滤波器可看成低通滤波器与高通滤波器的组合低通滤波器是带通滤波器的特例低通滤波器原型可作为带通滤波器设计基础11滤波器设计理论2.两种常用低通滤波器原型(1)最大平坦低通滤波器特性曲线。数学表示式为式中满足

6、关系式N对应于电路所需级数。特点：'=0处(2n–1)阶的导数=0'1定义为衰减3dB的频带边缘点。(1)切比雪夫低通滤波器特性曲线。数学表示式为式中满足关系式n仍旧是电路里电抗元件的数目。特点：带内衰减呈波纹特性'1定义为等波纹频带的边缘频率。12滤波器设计滤波器设计一般分以下三步：1．低通滤波器原型设计；2．将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器；3．用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。下面主要对低通滤波器原型设计以及将低通滤波器原型转换到低通、高通、带通、带阻滤波器的理论进行介

7、绍。13最大平坦滤波器的衰减特性曲线14根据最大平坦滤波器的衰减特性曲线确定滤波器级数设3dB边带频率为4GHz，在带外8GHz衰减大于48dB。解：先计算由图可得，对于n=8的曲线当为1时，LA>48dB，故最大平坦滤波器级数n=8。15最大平坦滤波器设计诺模图（Nomograph）诺模图左边适用于>1（stopband），右边适用于<1（passband）。还是利用前面的设计数据，=2，LA=48dB，在诺模图左边，插损48dB点与=2的点连线与滤波器级数的线交点为8，此即滤波器要求的级数。如果要求带内=0.8这一点

8、插损，则可从诺模图右边部分得到，=0.8点与n=8的点连线延长与插损线相交点为0.35dB，这就是=0.8点的插损。16切比雪夫滤波器带阻衰减特性17最大平坦衰减特性曲线与的切比雪夫特性曲线比较最大平坦衰减特性曲线与切比雪夫特性曲线比较可以看出：1、若通带内允许的衰减量LAr和电抗元件的数目n为一定，则切比雪夫滤波器