《射頻濾波器設(shè)計》PPT課件

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

2、確定的頻帶，在這個頻帶內(nèi)，信號衰減量相對于其他頻段有低(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)計參數(shù)表的所謂最大平滑二項式(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)出一些實用的方法，采用這些方法可設(shè)計出通常情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)的濾波器電路結(jié)構(gòu)。9.1諧振器和濾波器

3、的基本結(jié)構(gòu)9.1．1濾波器的類型和技術(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為相對于角頻率ωc的歸一化頻率對于低通和高通濾波器ωc是截止頻率，對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：右下圖畫出了二項式(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。二項式濾波器具有單調(diào)的衰減曲線，一般說來也比較容易實現(xiàn)。遺憾的是，若想在通帶和阻帶之間實現(xiàn)陡峭的過渡衰減變化，需要使用很多元件。切比雪夫濾波器具有較好的陡峭過渡衰減曲線，但通帶內(nèi)的

4、衰減曲線有某種程度的起伏，或者說波紋。且衰減曲線的波紋在通帶內(nèi)或阻帶內(nèi)保持相等的幅度，這種濾波器的設(shè)計依據(jù)于所謂的切比雪夫多項式?？梢钥闯?，對于二項式和切比雪夫濾波器，當(dāng)Ω→∞時，濾波器的衰減趨于無窮大。橢圓函數(shù)濾波器在通帶與阻帶間的過渡變化最陡峭，但代價是其通帶和阻帶內(nèi)均有波紋。由于橢圓函數(shù)濾波器設(shè)計在數(shù)學(xué)上的復(fù)雜性，我們將不再做進一步的討論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(Neper)為單位表示響應(yīng)幅度的最大值與最小值之差。切比

5、雪夫濾波器設(shè)計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是濾波器從信號源得到的輸入功率，

6、Γin

7、是從信號源向濾波器看去的反射系數(shù)。帶寬：對于帶通濾波器，帶寬的定義是通帶內(nèi)對應(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)具有無窮大的衰減量。但是，實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。在實際情況中，為了使阻帶抑制與矩形系數(shù)建立聯(lián)系[式(9.3)]，通常以60dB作為阻帶抑制的設(shè)計值。9.1諧振器和

8、濾波器的基本結(jié)構(gòu)上述濾波器參數(shù)都可以通過如圖9.3所示的典型帶通衰減曲線來說明。由于濾波器的衰減特征是根據(jù)它與歸一化頻率的對應(yīng)關(guān)系畫出的，所以其中心頻率fc被歸一化為Ω＝1，而3dB上、下邊頻對稱于該中心頻率。在這兩個3dB衰減頻率點之外，衰減量急劇增加并迅速達到60dB的阻帶衰減值，此處就是阻帶的起始點。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，平均儲能與一個周期內(nèi)平均耗能之比：其中功率損耗Ploss等于單位時間內(nèi)的耗能（注意區(qū)別有載濾波器和無載濾波器的不同）。通過下例說明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：輸人端口與信號源相連，輸出端

9、口與負(fù)載相連此時功率損耗通常被認(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)稱為有載品質(zhì)因數(shù)QLD.，如果對有載品質(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、濾波器的重要特點濾波器設(shè)計的關(guān)鍵點是根據(jù)輸入電壓或根據(jù)信號源電壓，確定輸出電壓1、低通濾波器