ads滤波器仿真实验资料报告材料.docx

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1、一．滤波器的基本原理滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即LA=10lgPinPLdB；在该式中，Pin和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器

2、输入功率和负载吸收功率。为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再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，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。滤波器低通原型为电感电容网络。其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。表1-1列出了巴特沃兹滤波器低通原型元件值。ng1g2g3

3、g4g5g6g7g8g9g10g1112121.41421.41423121140.76541.84781.84780.7654150.6181.61821.6180.618160.51761.41421.93181.93181.41420.5176170.4450.2471.801921.80191.2470.445180.30021.11111.66291.96151.96151.66291.1110.3902190.347311.53211.879421.87941.532110.34731表1

4、-1巴特沃兹滤波器低通原型元器件值实际设计中，首先需要确定滤波器的阶数，这通常由滤波器阻带某一频率处给定的插入损耗制约。图1-1所示为最平坦滤波器原型衰减与归一化频率的关系曲线。图1.1最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线二、S参量的描述高频S参量和T参量用于表征射频/微波频段二端口网络(或N端口网络)的特性。基于波的概念，它们为在射频/微波频段分析、测试二端口网络，提供了完整的描述。由于电磁场方程和大多数微波网络和微波元件的线性，散射波的幅值(即反射波和透射波的幅值)是与入射波的幅值呈线性

5、关系的。描述该线性关系的矩阵称为“散射矩阵”或S矩阵。低频网络参量(如Z、Y矩阵等)是以各端口上的净(或总)电压和电流来定义的，而这些概念在射频/微波频段已不切实际，需重新寻找能描述波的叠加的参量来定义网络参量。为了表征一个在输入和输出端口具有相同特征阻抗Z0的二端口网络，考虑各端口上的入射波和反射波电压，如图1.2所示。图1.2各端口具有入射波和反射波的二端口网络为了准确地定义S参量，我们规定二端口网络(i=1，2)各端口上的入射波电压相量和反射波电压相量分别为Vi+和Vi-，如图1-2所示。现在可

6、定义用散射参量矩阵S来描述二端口网络各端口上的入射波电压相量矩阵Vi+与反射波电压及传输波电压相量矩阵Vi-之间的线性关系如下：V1-=S11V1++S12V2+V2-=S21V1++S22V2+或以矩阵的形式写成(1.1)其中(1.2)这个线性关系可用两个复相量的比值来描述，其比值的幅值小于等于1。S矩阵中的各元素定义为当输出端口接匹配负载时的输入端电压反射系数当输出端口接匹配负载时的正向电压传输系数当输入端口接匹配负载时的反向电压传输系数当输入端口接匹配负载时的输出端电压反射系数上述定义的S参量用

7、于射频/微波频段有许多优点，简述如下：(1)S参量给出了一个网络端口之外的完整特性描述。(2)S参量的描述没有使用在高频频段已失去意义的开路或短路(在低频频段所描述的)的概念。因为随频率变化的短路或开路的阻抗特性已不能用来描述射频/微波频段的器件特性。此外，电路中短路或开路情况的出现，将导致强烈的反射(因为=1)，即引起振荡或晶体管元件的损坏。(3)S参量要求在端口使用匹配负载，因匹配负载可吸收全部的入射功率，从而消除了过强的能量反射对设备或信源损伤的可能性。三．Smith圆图反射系数的公式为(1.3

8、)其中为归一化阻抗，为传输线的特性阻抗或某一参考阻抗。由式(1.3)可以通过数学方法获得Smith圆图,Smith圆图实为无源电路(即Re(Z)0)下的不同归一化电阻和电抗值所对应的反射系数的轨迹，其等电阻值的轨迹是一组圆心位于水平轴(实轴)上的圆，而等电抗值的轨迹是一组圆心位于偏离垂直轴(虚轴)一个单位的直线上的圆。(1.4)由式1.4Smith圆图是由函数所描述的r和x在复平面上的轨迹。将分离为实部(U)和虚部(V)，便可得(1.5)(1.6)(1.