最新射频电路设计(第五章)ppt课件.ppt

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1、射频电路设计(第五章)目录第一章引言第二章传输线分析第三章Smith圆图第四章单端口网络和多端口网络第五章有源射频器件模型第六章匹配网络和偏置网络第七章射频仿真软件ADS概况第八章射频放大器设计第九章射频滤波器设计第十章混频器和振荡器设计第五章射频滤波器设计5.1谐振器和滤波器的基本结构5.2特定滤波器的实现5.3滤波器的实现5.4耦合微带线滤波器5．1谐振器和滤波器的基本结构上述滤波器参数都可以通过如图5．3所示的典型带通衰减曲线来说明。由于滤波器的衰减特征是根据它与归一化频率的对应关系画出的，所以其中心频率fc

2、被归一化为Ω＝1，而3dB上、下边频对称于该中心频率。在这两个3dB衰减频率点之外，衰减量急剧增加并迅速达到60dB的阻带衰减值，此处就是阻带的起始点。品质因数Q：描述滤波器的频率选择性的参数，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（注意区别有载滤波器和无载滤波器的不同）。通过下例说明5．1谐振器和滤波器的基本结构如右图为有载滤波器：输人端口与信号源相连，输出端口与负载相连此时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，

3、品质因数称为有载品质因数QLD.，如果对有载品质因数QLD取倒数，可以得到：由于总功耗包含滤波器的功耗以及外接负载的功耗，上式可以简化为：其中，QF为滤波器的固有品质因数，QE为外部品质因数。变换为：其中fc是滤波器的中心频率或谐振频率。5．1谐振器和滤波器的基本结构三、滤波器的重要特点滤波器设计的关键点是根据输入电压或根据信号源电压，确定输出电压1、低通滤波器如图为连接了负载电阻的一阶低通滤波器，可用4个级连ABCD参量网络(标号为1—4)来构成(如右下图）。则整个级连网络的ABCD参量为：设源阻抗和负载阻抗均为

4、纯电阻性，即当ω→0ω→∞分压关系同直流情况说明高频段具有0电压输出的低通特性5．1谐振器和滤波器的基本结构当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：采用奈贝(NP)计量衰减系数：采用dB计量衰减系数：相应的相位群时延（相位相对于角频率的变化率）通常需要设计具有线性相位的滤波器，则如右图是典型滤波器响应与负载电阻变化的关系，其中c＝10PF，R＝10Ω，RG＝50Ω5．1谐振器和滤波器的基本结构2、高通滤波器如右图当ω→0ω→∞说明电感的影响可忽略如右图是不同负载电阻情况下高通滤波器的响应，其中L=

5、100nH，R＝10Ω，2RG＝50Ω。5．1谐振器和滤波器的基本结构3、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5．10是包括源阻抗和负载阻抗的串联结构滤波器电路图5．1谐振器和滤波器的基本结构例题5．1带通滤波器的响应设带通滤波器的Zl=ZG＝50Ω，L＝5nH，R=20Ω,c＝2PF。求滤波器的频率响应，画出传递函数的相位与频率的关系以及传递函数以dB表示的衰减曲线。解：我们利用带通滤波器传递函数式求解这个问题。以dB表示的滤波器衰减曲线滤波器衰减曲线和相位曲线己标在图5.11中。

6、由此图可以估算出滤波器的谐振频率fo大约是1.5GHZ，精确值为由图可见带通滤波器在其谐振点处具有最小衰减，而且其阻带到通带的过渡非常缓慢.5．1谐振器和滤波器的基本结构若将申联电路替换为并联电路（如图所示），则只需用1／y替换公式中的Z就可以得到：对于储能系统或LC网络，用品质因数来计算滤波器的3dB通带或阻带的带宽：品质因数描述了持定谐振电路结构的重要内在特征——能耗。Q=1/dd是耗散系数耗散系数与电路结构是串联(RLC)还是并联((GLC)有关。见后表5．1fo是谐振频率5．1谐振器和滤波器的基本结构表5．

7、1中的电路都是空载滤波器(即滤波器没有任何外接负载)。在有载情况时．以三种品质因数分析，以连接了源内阻Rc和负载电阻RL的串联谐振电路，即带通滤波器为例，把上述两个电阻合在—起构成如图5．13所示的电路结构。损耗可以归结为由外接电阻R5单独产生，内部电阻R单独产生或它们共同产生。因此，我们必须分三种情况讨论：5．1谐振器和滤波器的基本结构5．1谐振器和滤波器的基本结构四、插入损耗通常滤波器的品质因数Q比实际阻抗或实际导纳更容易测量(采用网络分析仪)。而带通或带阻滤波器的阻抗或导纳值也可以采用某种品质因数Q来表达。例

8、如，串联谐振电路的阻抗可以表示为：并联谐振器导纳为：现在研究如下情况：如图5．14(a)所示的传输线系统，传输线的特性阻抗为zo，该传输线在信号端和负载端均处于匹配状态：ZL=ZG=Z0则：负载上得到的功率PL就是信号源输出的全部资用功率Pin：5．1谐振器和滤波器的基本结构插入滤波器，如图5.14（b),则负载上得到的功率变为：在谐振状态下：ε=0，式中第