射频电路理论与技术-Lectrue-3(微带滤波器)课件.ppt

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1、射频电路理论与技术2021/9/3微带滤波器一、滤波器的类型和技术参数在讨论这个问题时，通常的方法是先引入四种基本的理想滤波器：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。2021/9/3我们取参数Ω=ω/ωc作为相对于角频率ωc的归一化频率，对于低通和高通滤波器ωc是截止频率，对于带通滤波器ωc是中心频率。图2.2画出了二项式（巴特沃斯）、切比雪夫以及椭圆函数低通滤波器的衰减曲线。2021/9/3二项式滤波器具有单调的衰减曲线，一般来说也比较容易实现。遗憾的是，若想在通带和阻带之间实现陡峭的过渡衰减变化，需要使用很多元件。如果想得到

2、较好的陡峭过渡衰减曲线，则必须允许通带内的衰减曲线有某种程度的起伏，或者说是波纹。如果衰减曲线的波纹在通带内或阻带内保持相等的幅度，我们就称其为切比雪夫滤波器，这种滤波器的设计依据于所谓的切比雪夫多项式。可以看出，对于二项式和切比雪夫滤波器，当W→∞时，滤波器的衰减趋于无穷大。椭圆函数滤波器在通带与阻带的过渡变化最陡峭，但代价是其通带和阻带内均有波纹。2021/9/3在综合分析滤波器的各种情况时，下列参数是至关重要的：RF插入损耗：在理想情况下，插入到射频电路中的理想滤波器，不应在其通带内引入任何功率损耗。然而，在现实中，我们无法消除滤波

3、器固有的、某种程度的功率损耗。插入损耗定量地描述了功率响应幅度与0dB基准的差值，其数学表达为：PL——滤波器向负载输出的功率Pin——滤波器从信号源得到的输入功率从信号源向滤波器看去的反射系数2021/9/3波纹系数：采用dB或奈贝（Neper）为单位，表示响应幅度的最大值最小值之差。反映了通带内信号响应的平坦度。带宽：对于带通滤波器，带宽的定义是通带内对应于3dB衰减量的上边频和下边频的频率差：矩形系数：矩形系数是60dB带宽与3dB带宽的比值，它描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：2021/9/3阻带抑制：在理想情况下

4、，我们希望滤波器在阻带内具有无穷大的衰减量。在实际情况中，为了使阻带抑制与矩形系数建立联系，通常以60dB作为阻带抑制的设计值。品质因数Q：描述滤波器的频率选择特性。品质因数通常被定义为在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比：其中功率损耗Ploss等于单位时间内的耗能。在应用这个定义时，必须特别注意区别有载滤波器和无载滤波器。2021/9/3功率损耗通常被认为是外接负载上的功率损耗和滤波器本身功率损耗的总和，由此定义的品质因数被称为有载品质因数QLD。有趣的是，如果对有载品质因数QLD倒数，可以得到：2021/9/3二、低通滤波器

5、作为最简单的例子，我们首先研究连接了负载电阻的一阶低通滤波器，如图2.5所示。（a）连接负载电阻的低通滤波器（b）网络框图与输入、输出电压滤波器设计的关键点是根据输入电压V1，根据信号源电压VG则更好，确定输出电压V2。图2.5插入在信号源与负载之间的低通滤波器2021/9/3对于图2.5中的简单电路，可以用图2.6所示的四个级连ABCD参量网络（标号为1-4）来构成。图2.6四个ABCD参量网络的级连整个级连网络的ABCD参量即为：其中我们设源阻抗和负载阻抗均为纯电阻性，即ZG=RG，ZL=RL。因此，2021/9/3我们发现，在第一种

6、情况中，分压关系与直流情况相同；在第二种情况中，滤波器显示出来高频段具有0电压输出的低通特征。此外，如果负载电阻值趋于无穷，滤波器即化为空载状态并在极限状态下得到纯一阶系统的结果：传递函数2021/9/3除了确定传递函数之外，更常见的是采用奈贝（Np）计量衰减系数：或者用dB表示：相应的相位值为：与相位有直接关系的是所谓群时延，群时延的定义是相位对于角频率的变化率：2021/9/3我们经常需要设计具有线性相位（即：j∝wA，A是任意常数）的滤波器，这种滤波器的群延时为简单常数2021/9/3三、高通滤波器如图2.8所示，用电感替换图2.5

7、中的电容，可以构成一阶高通滤波器。采用分析低通滤波器的相同方法，可以得到：2021/9/3可以直接导出：2021/9/3四、带通和带阻滤波器带通滤波器可以采用串联或并联结构的RLC电路构成。图2.10是包括源阻抗和负载阻抗的串联结构滤波器电路图。若用ABCD参量描述该网络的特征，则其中：2021/9/3由此还可导出传递函数为：若串联电路替换为并联电路，只需要用1/Y替换Z就可以得到：其中2021/9/3对于储能系统或LC网络，我们可以采用前面引入的品质因数来计算滤波器的3dB通带或阻带的带宽：表2.1串联和并联谐振器品质因数描述了特定谐振

8、电路结构的重要内在特征——能耗。表2.1中的电路都是空载滤波器（即滤波器没有任何外接负载）。2021/9/3在讨论有载情况时．我们遇到了另一类复杂问题，即谐振器的源阻抗和负载阻抗。根据图2.1