滤波器与双工器的设计与仿真课件.ppt

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1、滤波器与双工器的设计与仿真雷振亚西安电子科技大学滤波器的简介原理：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。实际工作中常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性，即式中，为输出端接匹配负载时滤波器输入功率为输出端接匹配负载时负载吸收功率滤波器原理示意图滤波器的简介技术指标：1.工作频带:(1)3dB带宽，由通带最小插入损耗点（通带传输特性的最高点）向下移3dB时所测的通带宽度（不考虑插入损耗）。(2)插损带宽:满足插入损耗时所测的带宽。这个定义比较严谨,在工程中常用。滤波器的简介2.插入损耗:由于滤波器的介入,在系统内引入的

2、损耗。滤波器通带内的最大损耗包括构成滤波器的所有元件的电阻性损耗（如电感、电容、导体、介质的不理想）和滤波器的回波损耗。滤波器的简介3.带内纹波:插入损耗的波动范围，带内纹波越小越好,否则会增加通过滤波器的不同频率信号的功率起伏。4.承受功率：在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下降。滤波器的简介5.带外滚降（截止率）：规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。截止率越大，则性能越接近理想滤波器。此外，由于滤波器的寄生通带通常都是难以避免的，所以寄生通带损耗越大越好,也就是谐振电路的

3、二次、三次等高次谐振峰越低越好。滤波器的简介种类：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。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。滤波器的简介按衰减表示的滤波器的响应滤波器的简介按传输函数表示的滤波器的响应滤波器的设计滤波器的设计方法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。低通原型综合法，先由衰减特性综合出低通原型，再进行频率变换，最后用微波结构实现电路元件。滤波器的设计滤波器的设计过程

4、1.1低通原型滤波器集总元件低通原型滤波器是用现代网络综合法设计微波滤波器的基础。低通滤波器的理想化衰减-频率特性如图：图中：纵坐标表示衰减横坐标为角频率ω0为截止频率1.1低通原型滤波器实际中常采用以下四种基本低通原型：最平坦型低通原型数学表示式为：式中满足关系式n对应于电路所需级数。参数指标：通带内最大衰减，截止频率，阻带最小衰减以及阻带边频。特点：处(2n–1)阶的导数等于零，在通带内衰减变化缓慢，具有最平坦特性，定义为衰减3dB的频带边缘点。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

5、窄带场合。1.1低通原型滤波器切比雪夫低通原型数学表示式为：式中：是n阶第一类切比雪夫多项式，即：1.1低通原型滤波器在之间为余弦函数，故在之间呈现等波纹变换，在时，衰减达到最大值即：于是：其中，就是波纹因数1.1低通原型滤波器特点：带内衰减呈等波纹特性，定义为等波纹频带的边缘频率。是波纹的幅度，是波纹因数，越小，波纹幅度越小。切比雪夫型（Chebyshev）,结构简单，频带广，边沿陡峭，应用范围广。1.1低通原型滤波器椭圆函数低通原型其逼近衰减函数为：对于n为奇数的情况：1.1低通原型滤波器1.1低通原型滤波器对于n为偶数的情况：参

6、数指标：通带最大衰减，阻带最小衰减，通带带边频率，阻带带边频率。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，零点和极点的数目相同。椭圆函数型（Elliptic）,结构复杂，边沿陡峭，适用于特殊场合1.1低通原型滤波器1.1低通原型滤波器1.1低通原型滤波器1.2频率变换低通到高通的频率变换1.2频率变换频率变换式：式中：是低通原型滤波器的频率变量是高通滤波器的频率变量是高通滤波器的截止频率1.2频率变换低通到带通的频率变换1.2频率变换频率变换式：式中：是低通原型滤波器的频率变量是带通滤波器的频

7、率变量是带通滤波器的中心频率是带通滤波器的相对带宽是带通滤波器的上下边频1.2频率变换低通到带阻的频率变换1.2频率变换频率变换式：式中：是低通原型滤波器的频率变量是带通滤波器的频率变量是带通滤波器的中心频率是带通滤波器的相对带宽是带通滤波器的上下边频1.3微波结构实现同轴线带线微带线槽线平面波导悬置微带线矩形波导圆形波导鳍线波导介质波导光纤常见微波传输线结构1.3微波结构实现在以上常见的微波结构就是滤波器结构的基础，其中微带、同轴、波导在滤波器的设计中比较普遍的使用，而由于微带线体积小且便于集成，所以应用最为广泛。以下主要介绍同轴滤

8、波器和波导滤波器的设计和仿真。1.3微波结构实现微波滤波器从结构性差异来说，分为：1.波导滤波器波导滤波器，是通过在波导内加载膜片、销钉或是腔内加载介质等方法来模拟集总元件，从而实现滤波功能的器件。优点：功率容量最大，Q