《射频与微波电路设计》--微带滤波器设计81449.ppt

第五讲 微带滤波器设计 滤波器是最基本的信号处理器件。 滤波器用途与分类 最普通的滤波器具有图5-1所示的低通、高通、带通、带阻衰减特性。 图5-1 四个普通滤波器的特性曲线 可以从不同角度对滤波器进行分类： (a)按功能分，有低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器，可调滤波器。 (b)按用的元件分，有集总参数滤波器，分布参数滤波器，无源滤波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面波滤波器，等等。 基本滤波器工作原理 集总参数滤波器 (1) 基本LC低通滤波器（见图5-2） 图5-2 (2) 基本LC高通滤波器（图5-3） (3)基本串联、并联带通滤波器 图5-3 图5-4 基本滤波器工作原理 (4)基本串联带阻滤波器（见图5-5） 基本并联带阻滤波器 图5-5 (5)基本滤波器电路的串联、并联构成更复杂的多级滤波器（见图5-6） 图5-6 分布参数滤波器 (1)并联?/4短路线构成的带通滤波器 （见图5-7） 图5-7 (2)并联?/4开路线构成的带阻滤波器 （见图5-8） 图5-8 (3)六级边缘耦合平行耦合线带通 滤波器（见图5-9） 图5-9 分布参数滤波器 (4)六级折叠边缘耦合分布参数带通滤波器（见图5-10） 图5-10 (5)六级叉指分布参数带通滤波器 (6)分布参数低通滤波器 图5-11 图5-12 与（3）比较，（4）和（5）的优点是结构紧凑，公用芯片面积小。 滤波器可以看成一个二端口网络 Pin—入射功率 PR—反射功率 PA—吸收功率 根据能量守恒关系，有 通过滤波器的功率PL被负载RL吸收，显然 滤波器可以看成一个二端口网络 从源得到的最大功率为输入功率 而 RG、VG、IG和IL分别为源内阻抗、源电压、源电流以及负载电流。 插入损耗（IL） 如果IL=3dB，那末只有50%入射功率为负载吸收。 反射损耗（Return loss）为 式中?为驻波系数，?为反射系数。 滤波器可以看成一个二端口网络 定义负载电流的相位?T为 则群时延（group delay）?D为 （秒） ?D表示信号经过滤波器的时延。信号带宽内不同频率分量时延不同将引起调频信号的畸变。最大可允许的畸变可以用DLP来量度。DLP定义为在给定频带范围内器件相位与线性变化时的相位的最大偏离 常数k的选择使之与线性相位变化关系偏移最小。 还有必要指出一点，稳态和瞬态情况下，特别是当信号脉冲宽度与滤波器群时延达相同量级甚至更短时，滤波器的参数与稳态时相比可能有很大的差别。 滤波器主要参数 滤波器设计理论 1. 低通滤波器设计是基础 高通滤波器可用带通滤波器（当通带高端很高时）代替 带阻滤波器可看成低通滤波器与高通滤波器的组合 低通滤波器是带通滤波器的特例 低通滤波器原型可作为带通滤波器设计基础 滤波器设计理论 2. 两种常用低通滤波器原型 滤波器设计 滤波器设计一般分以下三步： 1．低通滤波器原型设计； 2．将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器； 3．用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。 下面主要对低通滤波器原型设计以及将低通滤波器原型转换到低通、高通、带通、带阻滤波器的理论进行介绍。 最大平坦滤波器的衰减特性曲线 根据最大平坦滤波器的衰减特性曲线确定滤波器级数 设3dB边带频率为4GHz，在带外8GHz衰减大于48dB。 解：先计算 由图可得，对于n=8的曲线当 为1时，LA48dB，故最大平坦滤波器级数n=8。 最大平坦滤波器设计诺模图（Nomograph） 诺模图左边适用于 1（stop band），右边适用于 1（pass band）。还是利用前面的 设计数据， =2，LA=48dB，在诺模图左边，插损48dB点与 =2的点连线与滤波器级数的线交点为8，此即滤波器要求的级数。如果要求带内 =0.8这一点插损，则可从诺模图右边部分得到， =0.8点与n=8的点连线延长与插损线相交点为0.35dB，这就是 =0.8点的插损。 切比雪夫滤波器带阻衰减特性 最大平坦衰减特性曲线与的切比雪夫特性曲线比较 最大平坦衰减特性曲线与切比雪夫特性曲线比较可以看出： 1、若通带内允许的衰减量LAr和电抗元件的数目n为一定，则切比雪夫滤波器的截止速率更快。因为其截止陡削，所以常常宁可选择切比雪夫特性曲线而不取其他的特性曲线； 2、假如滤波器中的电抗元件的损耗较大，那么无论那种滤波器的通带响应的形状与无耗时的比较，都将发生变化，而在切比雪夫滤波器中这种影响尤其严重。 3、理论证明了最大平坦滤波器的