實驗四 微波射頻帶通濾波器設計

第第頁實驗四微波射頻帶通濾波器設計試驗四射頻濾波器設計、仿真、制作與測試

一、濾波器原理1.1濾波器的概念PinPL

~Of

濾濾濾

ZLOf0f

如下圖的雙端口網絡,設從一個端口輸入一具有勻稱功率譜的信號,信號通過網絡后,在另一端口的負載上汲取的功率譜不再是勻稱的,也就是說,網絡具有頻率選擇性,這便是一個濾波器。通常采納工作衰減來描述濾波器的衰減特性：

PinLA=10lgdBPL

Pin和PL分別為輸出端接匹配負載時的濾波器輸入功率和負載汲取功率。

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

低通

帶通

帶阻2022-4-26MWOpti.Commu.Lab,*JTU

高通3

三種濾波器函數(shù)

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

1.2濾波器的技術指標(1)工作頻率：濾波器的工作頻率范圍工作頻率：工作頻率(2)插入損耗：由于濾波器的介入,在系統(tǒng)內引入的損耗插入損耗：(3)帶內紋波：插入損耗的波動范圍帶內紋波：(4)帶外抑制帶外抑制:規(guī)定濾波器在什么頻率上會阻斷信號,是濾波器特性的矩形度的一種描述方式。也可用帶外滾降來描述,就是規(guī)定濾波器通帶外每多少頻率下降多少分貝。(5)承受功率：在大功率發(fā)射機末端運用的濾波器要按大承受功率：承受功率功率設計,元件體積要大,否那么,會擊穿打火,發(fā)射功率急劇下降。

2022-4-26

MWOpti.Commu.Lab,*JTU

1.3濾波器的設計的經典方法低通原型綜合法步驟：(1)由衰減特性綜合出低通原型(2)再進行頻率變換，變換成所設計的濾波器類型(3)計算濾波器電路元件值(4)微波結構實現(xiàn)電路元件，并用微波微波仿真軟件進行優(yōu)化仿真。

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1.4濾波器的低通原型濾波器低通原型為電感電容網絡,其中元件數(shù)和元件值只與通帶結束頻率、衰減和阻帶起始頻率、衰減有關。設計中都采納表格而不用繁雜的計算公式。

巴特沃士、切比雪夫的低通原型電路結構

2022-4-26

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1.巴特沃士：已知帶邊衰減為3dB處的歸一化頻率c=1、截止衰減LAs和歸一化截止頻率s,那么元件數(shù)n由下式給出,元件值由下表給出。

lg(10LAS1)n≥2lgs0.1

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2.切比雪夫，已知帶內衰減與水紋指標LAr、歸一化頻率c=1、截止衰減LAs和歸一化截止頻率s,那么元件數(shù)n由下式給出,元件值由下表給出。

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

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1.5濾波器的四種頻率變換由低通原型濾波器經過頻率變換,就可得到低通、高通、帶通、帶阻四種有用濾波器。定義阻抗因子

為

Z0g,γ=0g0,Y0

g0為電阻g0為電導

低通變換：低通變換：

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高通變換：高通變換：

帶通變換：帶通變換：

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帶阻變換：帶阻變換：

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二、集總參數(shù)濾波器例：設計一個L-C切比雪夫型低通濾波器,截止頻率為75MHz,衰減為3dB,水紋為1dB,頻率大于100MHz,衰減大于20dB,Z0=50。(1)確定指標:特性阻抗Z0=50,截止頻率fc=75MHz,阻帶邊頻)fs=100MHz,通帶最大衰減LAr=3dB,阻帶最小衰減LAs=20dB。(2)計算元件級數(shù)n:)

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

n取最接近的整數(shù),那么n=5

(3)查表求原型元件值gi,)

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(4)計算實際元件值)

低通變換：低通變換：

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(5)畫出電路結構，進行電路仿真)

TermTerm1Num=1Z=50Ohm

CC1C=94.0pF

LL1L=120.0nHR=

CLC2L2C=132.0pFL=120.0nHR=

CC3C=94.0pF

TermTerm2Num=2Z=50Ohm

S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=0MHzStop=200.0MHzStep=1.0MHz

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0

m1freq=23.00MHzdB(S(2,1))=-0.998m1m3

m3freq=75.00MHzdB(S(2,1))=-3.214

-20

m2freq=100.0MHzm2dB(S(2,1))=-24.990

dB(S(2,1))dB(S(1,1))

-40

-60

-80020406080100120140160180200

freq,MHz

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切比雪夫型帶通濾波器,中心頻率為例2:設計一個：設計一個L-C切比雪夫型帶通濾波器中心頻率為MHz,3dB帶寬為切比雪夫型帶通濾波器中心頻率為75帶寬為10MHz,水紋為水紋為1dB,工作頻帶外15MHz的衰減大于工作頻帶外75的衰減大于30dB,Z0=50。的衰減大于。(1)確定指標:特性阻抗Z0=50,截止頻率fc=75MHz,阻帶邊頻)fs=100MHz,通帶最大衰減LAr=3dB,阻帶最小衰減LAs=20dB。

特性阻抗：上通帶邊頻：下通帶邊頻：上阻帶邊頻：下阻帶邊頻：通帶內最大衰減：阻帶最小衰減：(2)計算相關參數(shù))f0=

Z0=50f1=75+5=80MHzf2=75-5=70MHzf=75+15=90MHzf=75-15=60MHzLAr=3dBLAs=30dB

f1f2=74.83,FBW=f2f1=10MHz

f021f021s1=ff*LFBW=3.333,s2=f*UfFBW=2.778*L*Ls=MIN(ω*1,ω*2)=2.7782022-4-26MWOpti.Commu.Lab,*JTU18

(3)計算元件節(jié)數(shù)n)

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

n取整數(shù)3

(4)查表得原型元件值gi)

(5)帶通變換)

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試驗四射頻濾波器設計、仿真、制作與測試

一、濾波器原理1.1濾波器的概念PinPL

~Of

濾濾濾

ZLOf0f

如下圖的雙端口網絡,設從一個端口輸入一具有勻稱功率譜的信號,信號通過網絡后,在另一端口的負載上汲取的功率譜不再是勻稱的,也就是說,網絡具有頻率選擇性,這便是一個濾波器。通常采納工作衰減來描述濾波器的衰減特性：

PinLA=10lgdBPL

Pin和PL分別為輸出端接匹配負載時的濾波器輸入功率和負載汲取功率。

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低通

帶通

帶阻2022-4-26MWOpti.Commu.Lab,*JTU

高通3

三種濾波器函數(shù)

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1.2濾波器的技術指標(1)工作頻率：濾波器的工作頻率范圍工作頻率：工作頻率(2)插入損耗：由于濾波器的介入,在系統(tǒng)內引入的損耗插入損耗：(3)帶內紋波：插入損耗的波動范圍帶內紋波：(4)帶外抑制帶外抑制:規(guī)定濾波器在什么頻率上會阻斷信號,是濾波器特性的矩形度的一種描述方式。也可用帶外滾降來描述,就是規(guī)定濾波器通帶外每多少頻率下降多少分貝。(5)承受功率：在大功率發(fā)射機末端運用的濾波器要按大承受功率：承受功率功率設計,元件體積要大,否那么,會擊穿打火,發(fā)射功率急劇下降。

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1.3濾波器的設計的經典方法低通原型綜合法步驟：(1)由衰減特性綜合出低通原型(2)再進行頻率變換，變換成所設計的濾波器類型(3)計算濾波器電路元件值(4)微波結構實現(xiàn)電路元件，并用微波微波仿真軟件進行優(yōu)化仿真。

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1.4濾波器的低通原型濾波器低通原型為電感電容網絡,其中元件數(shù)和元件值只與通帶結束頻率、衰減和阻帶起始頻率、衰減有關。設計中都采納表格而不用繁雜的計算公式。

巴特沃士、切比雪夫的低通原型電路結構

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1.巴特沃士：已知帶邊衰減為3dB處的歸一化頻率c=1、截止衰減LAs和歸一化截止頻率s,那么元件數(shù)n由下式給出,元件值由下表給出。

lg(10LAS1)n≥2lgs0.1

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2.切比雪夫，已知帶內衰減與水紋指標LAr、歸一化頻率c=1、截止衰減LAs和歸一化截止頻率s,那么元件數(shù)n由下式給出,元件值由下表給出。

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

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1.5濾波器的四種頻率變換由低通原型濾波器經過頻率變換,就可得到低通、高通、帶通、帶阻四種有用濾波器。定義阻抗因子

為

Z0g,γ=0g0,Y0

g0為電阻g0為電導

低通變換：低通變換：

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高通變換：高通變換：

帶通變換：帶通變換：

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帶阻變換：帶阻變換：

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二、集總參數(shù)濾波器例：設計一個L-C切比雪夫型低通濾波器,截止頻率為75MHz,衰減為3dB,水紋為1dB,頻率大于100MHz,衰減大于20dB,Z0=50。(1)確定指標:特性阻抗Z0=50,截止頻率fc=75MHz,阻帶邊頻)fs=100MHz,通帶最大衰減LAr=3dB,阻帶最小衰減LAs=20dB。(2)計算元件級數(shù)n:)

cosh1n≥

(10

1/10LAr/1011coshsLAs/10

)(

)

n取最接近的整數(shù),那么n=5

(3)查表求原型元件值gi,)

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(4)計算實際元件值)

低通變換：低通變換：

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(5)畫出電路結構，進行電路仿真)

TermTerm1Num=1Z=50Ohm

CC1C=94.0pF

LL1L=120.0nHR=

CLC2L2C=132.0pFL=120.0nHR=

CC3C=94.0pF

TermTerm2Num=2Z=50Ohm

S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=0MHzStop=200.0MHzStep=1.0MHz

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0

m1freq=23.00MHzdB(S(2,1))=-0.998m1m3

m3freq=75.00MHzdB(S(2,1))=-3.214

-20

m2freq=100.0MHzm2dB(S(2,1))=-24.990

dB(S(2,1))dB(S(1,1))

-40

-60

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freq,MHz

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切比雪夫型帶通濾波器,中心頻率為例2:設計一個：設計一個L-C切比雪夫型帶通濾波器中心頻率為MHz,3dB帶寬為切比雪夫型帶通濾波器中心頻率為75