《射頻濾波器設(shè)計(jì)》PPT課件

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1、射頻濾波器設(shè)計(jì)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第9章射頻濾波器設(shè)計(jì)9.1諧振器和濾波器的基本結(jié)構(gòu)9.2特定濾波器的實(shí)現(xiàn)9.3濾波器的實(shí)現(xiàn)9.4耦合微帶線(xiàn)濾波器第9章射頻濾波器設(shè)計(jì)根據(jù)基本電路理論，濾波器可以大致分為四類(lèi)：低通、高通、帶通和帶阻濾波器。低通濾波器允許低頻信號(hào)以很小的衰減量從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝?，?dāng)信號(hào)頻率超過(guò)特定的截止頻率后，信號(hào)的衰減量將急劇增大，從而使輸出端口的信號(hào)幅度下降。高通濾波器的特征恰好相反，此時(shí)低頻信號(hào)分量的衰減很大，即低頻信號(hào)分量的輸出幅度下降了，當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)特定的截止頻率后，信號(hào)則以很小的衰減量從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝?。帶通和帶阻濾波器由特定的下邊頻

2、和上邊頻劃分出確定的頻帶，在這個(gè)頻帶內(nèi)，信號(hào)衰減量相對(duì)于其他頻段有低(帶通)或者高(帶阻)的衰減量。主要內(nèi)容：討論濾波器和諧振器的一些基本概念和定義(如：品質(zhì)因數(shù)和有載品質(zhì)因數(shù))。然后，引入幾種最基本的、多節(jié)低通濾波器結(jié)構(gòu)，即已有設(shè)計(jì)參數(shù)表的所謂最大平滑二項(xiàng)式(巴特沃斯)濾波器和等波紋(切比雪夫)濾波器。掌握將標(biāo)準(zhǔn)最大平滑二項(xiàng)式或切比雪夫低通濾波器變換為符合要求的特定濾波器的方法，研究如何用分布參數(shù)元件實(shí)現(xiàn)這些濾波器的方法。根據(jù)將集總參數(shù)元件變?yōu)榉植紖?shù)元件的Bichnk變換和KunDd8規(guī)則，我們可以導(dǎo)出一些實(shí)用的方法，采用這些方法可設(shè)計(jì)出通常情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)的濾波器電

3、路結(jié)構(gòu)。9.1諧振器和濾波器的基本結(jié)構(gòu)9.1．1濾波器的類(lèi)型和技術(shù)參數(shù)一、四種基本的理想濾波器：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。1、如右圖歸納出了四種濾波器的衰減系數(shù)與歸一化角頻率的關(guān)系。其中參數(shù)Ω＝ω/ωc為相對(duì)于角頻率ωc的歸一化頻率對(duì)于低通和高通濾波器ωc是截止頻率，對(duì)于帶通和帶阻濾波器ωc是中心頻率。2、低通濾波器的衰減曲線(xiàn)：右下圖畫(huà)出了二項(xiàng)式(巴特沃斯)、切比雪夫以及橢圓函數(shù)(Cauer)低通濾波器的衰減曲線(xiàn)。二項(xiàng)式濾波器具有單調(diào)的衰減曲線(xiàn)，一般說(shuō)來(lái)也比較容易實(shí)現(xiàn)。遺憾的是，若想在通帶和阻帶之間實(shí)現(xiàn)陡峭的過(guò)渡衰減變化，需要使用很多元件。切比雪夫?yàn)V

4、波器具有較好的陡峭過(guò)渡衰減曲線(xiàn)，但通帶內(nèi)的衰減曲線(xiàn)有某種程度的起伏，或者說(shuō)波紋。且衰減曲線(xiàn)的波紋在通帶內(nèi)或阻帶內(nèi)保持相等的幅度，這種濾波器的設(shè)計(jì)依據(jù)于所謂的切比雪夫多項(xiàng)式?？梢钥闯?，對(duì)于二項(xiàng)式和切比雪夫?yàn)V波器，當(dāng)Ω→∞時(shí)，濾波器的衰減趨于無(wú)窮大。橢圓函數(shù)濾波器在通帶與阻帶間的過(guò)渡變化最陡峭，但代價(jià)是其通帶和阻帶內(nèi)均有波紋。由于橢圓函數(shù)濾波器設(shè)計(jì)在數(shù)學(xué)上的復(fù)雜性，我們將不再做進(jìn)一步的討論9.1諧振器和濾波器的基本結(jié)構(gòu)二、重要參數(shù)：BF插入損耗：插入損耗定量地描述了功率響應(yīng)幅度與odB基準(zhǔn)的差值。波紋：通帶內(nèi)信號(hào)響應(yīng)的平坦度可以采用以下方法定量，定義波紋系數(shù)，采用dB或奈貝(

5、Neper)為單位表示響應(yīng)幅度的最大值與最小值之差。切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì)方法能夠精確地控制波紋的幅度。其中，PL是濾波器向負(fù)載輸出的功率，Pin是濾波器從信號(hào)源得到的輸入功率，

6、Γin

7、是從信號(hào)源向?yàn)V波器看去的反射系數(shù)。帶寬：對(duì)于帶通濾波器，帶寬的定義是通帶內(nèi)對(duì)應(yīng)于3dB衰減量的上邊頻和下邊頻的頻率差：矩形系數(shù)：矩形系數(shù)是60dB帶寬與3dB帶寬的比值，它描述了濾波器在截止頻率附近響應(yīng)曲線(xiàn)變化的陡峭程度：阻帶抑制：在理想情況下，我們希望濾波器在阻帶頻段內(nèi)具有無(wú)窮大的衰減量。但是，實(shí)際上我們只能得到與濾波器元件數(shù)目相關(guān)的有限衰減量。在實(shí)際情況中，為了使阻帶抑制與矩形系數(shù)建立聯(lián)

8、系[式(9.3)]，通常以60dB作為阻帶抑制的設(shè)計(jì)值。9.1諧振器和濾波器的基本結(jié)構(gòu)上述濾波器參數(shù)都可以通過(guò)如圖9.3所示的典型帶通衰減曲線(xiàn)來(lái)說(shuō)明。由于濾波器的衰減特征是根據(jù)它與歸一化頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系畫(huà)出的，所以其中心頻率fc被歸一化為Ω＝1，而3dB上、下邊頻對(duì)稱(chēng)于該中心頻率。在這兩個(gè)3dB衰減頻率點(diǎn)之外，衰減量急劇增加并迅速達(dá)到60dB的阻帶衰減值，此處就是阻帶的起始點(diǎn)。品質(zhì)因數(shù)Q：描述濾波器的頻率選擇性的參數(shù)，品質(zhì)因數(shù)通常被定義為在諧振頻率下，平均儲(chǔ)能與一個(gè)周期內(nèi)平均耗能之比：其中功率損耗Ploss等于單位時(shí)間內(nèi)的耗能（注意區(qū)別有載濾波器和無(wú)載濾波器的不同）。通過(guò)下

9、例說(shuō)明9.1諧振器和濾波器的基本結(jié)構(gòu)如右圖為有載濾波器：輸人端口與信號(hào)源相連，輸出端口與負(fù)載相連此時(shí)功率損耗通常被認(rèn)為是外接負(fù)載上的功率損耗和濾波器本身功率損耗的總和，品質(zhì)因數(shù)稱(chēng)為有載品質(zhì)因數(shù)QLD.，如果對(duì)有載品質(zhì)因數(shù)QLD取倒數(shù)，可以得到：由于總功耗包含濾波器的功耗以及外接負(fù)載的功耗，上式可以簡(jiǎn)化為：其中，QF為濾波器的固有品質(zhì)因數(shù)，QE為外部品質(zhì)因數(shù)。變換為：其中fc是濾波器的中心頻率或諧振頻率。9.1諧振器和濾波器的基本結(jié)構(gòu)三、濾波器的重要特點(diǎn)濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是根據(jù)輸入電壓或根據(jù)信號(hào)源電壓，確定輸出電壓1、低通濾波器