基于微帶線的帶阻濾波器

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1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于微帶線的帶阻濾波器前言進(jìn)入二十一世紀(jì)無(wú)線通信技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量要求也越來越高，最基本的過濾器元件濾波器在現(xiàn)代通信系統(tǒng)扮演者重要的角色。從它在微波系統(tǒng)中，位于功率放大器和天線之間在發(fā)射機(jī)中，由于過濾器階段中的作用，主信號(hào)不會(huì)通過天線傳播的信號(hào)的RF頻譜的作用分離出來，從所需信號(hào)中抑制干擾信號(hào)，從而改善了信號(hào)的接收器的信噪比。射頻傳輸線電路中目前廣泛使用的是微帶線。平面的微帶線結(jié)構(gòu)，能夠使用印刷電路板的蝕刻電路技術(shù)制成有利于固體外部RF組件，以形成各種射頻有源電子電路，電子媒體，也可以根據(jù)生產(chǎn)的完

2、整底物的電子電路，射頻器件和系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集成，物理和小型化。近年來，隨著微波集成電路(MIC)技術(shù)的飛速發(fā)展，微帶電路以其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低從而受到了高度的評(píng)價(jià)。在微波集成電路中也廣泛的使用了全平面型結(jié)構(gòu)的微帶線濾波器。在微帶線濾波器的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者使用不同的諧振器以滿足自己的設(shè)計(jì)。濾波器的設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)就是其尺寸的微型化。因?yàn)殡p模諧振器具有雙模諧振效應(yīng)，微帶帶阻濾波器使用微帶線雙模諧振器設(shè)計(jì)，不僅能夠降低所需諧振器的使用數(shù)量而且還能夠節(jié)省二分之一波長(zhǎng)的傳輸線，因此這種方法大幅度的縮減了濾波器的尺寸。利用耦合矩陣的方法設(shè)計(jì)帶阻濾波器

3、，根據(jù)現(xiàn)實(shí)的使用與需要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的微帶線濾波器?！?基于微帶線的帶阻濾波器基本理論知識(shí)1.1帶阻濾波器的分析在無(wú)線通信系統(tǒng)中，雜散信號(hào)和噪聲的抑制是帶阻濾波器最基本的功能?；谖V波器的頻選特質(zhì)，其在無(wú)線通信、微波傳輸、雷達(dá)等領(lǐng)域中都占據(jù)極其重要的地位。在各個(gè)通信領(lǐng)域中，微帶濾波器都是不能夠缺少的元件，它的功能可以決定整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。在二十一世紀(jì)，各個(gè)通信方式的飛速發(fā)展，對(duì)微帶濾波器的要求越來越苛刻，也帶動(dòng)了這個(gè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中多使用的各種濾波器都是以圖1.1-1所示的低通濾波器為原型和基礎(chǔ)的。基于基本的低通濾波器，再根據(jù)需要加以各種特性變換

4、，就能得到低通、高通包括更復(fù)雜的帶通和帶阻濾波器。21四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1.2集總參數(shù)元件電路的分析在射頻電路中，仍然可以采用集總參數(shù)的分立元件。由集總無(wú)源元件構(gòu)成的LC濾波器是應(yīng)用最早的一種濾波器，它的設(shè)計(jì)方法也經(jīng)過了根本性的變革[2]。雙元件負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)采用的形式，取決于歸一化負(fù)載阻抗在史密斯圓圖上的位置。就現(xiàn)在而言，歸一化低通濾波器具有如圖1.1-1所示兩種結(jié)構(gòu)。圖1.1-1基礎(chǔ)低通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖上圖所示的兩個(gè)電路模型都是能夠用來做原型低通濾波器的，電路（a）和電路（b）互為對(duì)偶電路，具有同樣的頻率響應(yīng)。因?yàn)殡娐返目赡嫣匦裕笥覂啥硕伎梢宰鳛?/p>

5、輸入端存在。g0=波源內(nèi)電阻波源內(nèi)電導(dǎo)gmm=1,…,N=串聯(lián)電感的電感量并聯(lián)電容的電容量（1.2-1）gN+1=負(fù)載電阻值，當(dāng)最后一個(gè)元件是并聯(lián)電容時(shí)負(fù)載電導(dǎo)值，當(dāng)最后一個(gè)元件是串聯(lián)電感時(shí)為了實(shí)現(xiàn)所需濾波器的設(shè)計(jì)，必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行反歸一化設(shè)計(jì)，以符合實(shí)際應(yīng)用中源阻抗和工作頻率的要求。利用低通濾波器原型能夠變換到任意源阻抗和任意頻率的帶阻濾波器，變換的兩個(gè)過程為阻抗變換和頻率變換：頻率變換，就是按照一定比例調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電感和標(biāo)準(zhǔn)電容的值的方法，把歸一化頻率轉(zhuǎn)變?yōu)轱@示應(yīng)用頻率ω0的過程。阻抗變換，就是通過對(duì)阻抗的表達(dá)式做比例變換，用實(shí)際源電阻乘低通濾波器原型中的阻抗值得到。

6、低通濾波器原型變換為帶阻濾波器，要用到以下的頻率變換：21四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)ω0ω2-ω1ωω0-ω0ω-1→ω（1.2-2）帶阻濾波器的元件值利用式（1-2）中的串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納確定。低通濾波器原型的串聯(lián)電感有如下的變換關(guān)系1jX=jω0ω2-ω1ωω0-ω0ω1L=jωC'-j1ωL'（1.2-3）由上面公式可以得到帶阻濾波器的元件值L'和C'為L(zhǎng)'=ω2-ω1Lω02=BWLω02（1.2-4）C'=1ω2-ω1L=1BWL（1.2-5）上式表明，低通濾波器原型變換為帶阻濾波器，電感轉(zhuǎn)L'換為并聯(lián)L'C'電路。同樣可以得到，低通濾波器原型變換為

7、帶阻濾波器，電容轉(zhuǎn)換為串聯(lián)L'C'電路。L'和C'為L(zhǎng)'=1ω2-ω1C=1BWC（1.2-6）C'=ω2-ω1Cω02=BWCω02（1.2-7）上面幾個(gè)式子從低通濾波器原型到帶阻濾波器的變換，只包括頻率變換過程，不包括阻抗變換過程。為得到一個(gè)滿足需要的濾波器，大致需要經(jīng)過以下幾個(gè)過程：確認(rèn)基礎(chǔ)低通濾波器的各種變量。通過巴特沃斯濾波器或者切比雪夫?yàn)V波器的實(shí)現(xiàn)，基于所需的波形與衰減，通過查表確定低通濾波器的基本變量g0，g1...gN，gN+1。選擇符合要求濾波器的上頻帶、下頻帶和帶寬。有了下頻帶ωL，和上邊頻ωU及中心頻率ω0，可以由下式得到濾波器的帶寬：BW