[信息与通信]《射频通信电路》第五章.ppt

第五章 滤波电路设计 西安邮电学院电信系 常树茂 2007年9月 第5章 滤波电路设计 5.1 谐振电路和滤波电路的基本结构 5.1.1 谐振电路的类型和基本参数 5.2 集总参数滤波电路 5.2.1 巴特沃兹滤波电路 5.2.2 契比雪夫滤波电路 5.2.3 归一化滤波电路的变换 5.3 分布参数滤波电路 5.3.1 基本方法 5.3.2 低通滤波电路的设计 5.3.3 带阻滤波电路 5.3.4 带通滤波电路 滤波器的实物照片 滤波器的实物照片 滤波器的实物照片 滤波器的实物照片 滤波器的实物照片 滤波器的实物照片 5.1 谐振电路的类型和基本参数 归一化的角频率W定义： 为实际角频率w与中心角频率（截止频率）wC的比值，定义为 插入损耗 （Insertion Loss） 插入损耗：描述滤波电路在通带内对传输信号的损耗。 定义为从信号源入射到滤波电路的功率PIN与匹配负载得到功率PL的比值，采用分贝可以表示为 波纹系数 （Ripple） 波纹系数：滤波电路通带内的平坦度可以用波纹系数来描述，单位为分贝。 波纹系数表示在通带内滤波电路响应的最大值和最小值的差值。 频带宽度 频带宽度：定义为滤波电路的通带内在达到3dB衰减对应的高端截止频率fH和低端截止频率fL的差值。 矩形系数 （Shape Factor） 矩形系数：描述了滤波电路的响应在截止频率附近的陡峭变化的特性。 矩形系数越高，滤波电路的响应越陡峭。 矩形系数SF定义为60dB带宽与3dB带宽的比值 阻带抑制 （Depression） 阻带抑制：在理性情况下希望滤波电路在通带外能够具有无穷大的衰减，但实际滤波电路只能达到一个有限的衰减量。 通常为了与矩形参数比较，定义阻带抑制为60dB。 品质因数 （Quality Factor） 滤波电路的品质因数定义为在谐振频率下，平均储能和一个周期内的平均能量消耗之比。 滤波电路的品质因数Q可以用公式表示为 谐振电路的基本参数 滤波电路的类型 最平坦型---巴特沃士(Butterworth)滤波器。 等波纹型---切比雪夫(Tchebeshev)滤波器。 陡峭型---椭圆函数型(Elliptic)滤波器。 等延时型--高斯多项式（Gaussian）滤波器。 而本书只讨论前两种，下面给出这二种类型滤波器的基本特性，表中Tn为n阶切比雪夫多项式。 5.2 集总参数滤波电路 5.2.1 巴特沃兹滤波电路 5.2.1 巴特沃兹滤波电路 5.2.1 巴特沃兹滤波电路 已知带边衰减为3dB处的归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs、归一化截止频率Ωs和通带内的最大衰减LAr则上图的元件数n由下式给出或查下图得,而元件值由5-2表给出。 5.2.1 巴特沃兹滤波电路 带外衰减 5.2.1 巴特沃兹滤波电路 设计一个归一化的巴特沃兹滤波电路，在2倍截止频率处具有30dB以上的衰减，要求与信号源相连的第一个元件为电感。 确定阶数N 确定基本电路 巴特沃兹低通滤波电路 巴特沃兹滤波电路的相移 相移 群时延 线性相移巴特沃兹滤波电路 5.2.2 契比雪夫滤波电路 插入损耗 带外衰减 5.2.2 契比雪夫滤波电路 5.2.2 契比雪夫滤波电路 已知通带内的最大衰减LAr、归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs和归一化截止频率Ωs,则图7-2中元件数n由下式给出或查图7-4(b)和(c）获得,元件值由表7-3给出。 5.2.2 契比雪夫滤波电路 契比雪夫低通原型滤波器的阻带衰减特性 契比雪夫低通原型滤波器的阻带衰减特性 5.2.2 契比雪夫滤波电路 比较3阶归一化低通滤波电路的频率特性：3dB巴特沃兹滤波电路、线性相移巴特沃兹滤波电路、3dB契比雪夫滤波电路、0.5dB契比雪夫滤波电路。 5.2.2 契比雪夫滤波电路 对于四种滤波电路，得到参数为： 1）3dB最大平滑滤波电路：L1=1H，C2=2F，L3=1H； 2）线性相移滤波电路：L1=1.255H，C2=0.5528F，L3=0.1922H； 3）3dB等波纹滤波电路：L1=3.3487H，C2=0.7117F，L3=3.3487H； 4）0.5dB等波纹滤波电路：L1=1.5963H，C2=1.0967F，L3=1.5963H。 5.2.3 归一化滤波电路的变换 1. 映射到低通滤波电路 1. 映射到低通滤波电路 映射变换关系 1. 映射到低通滤波电路 设计一个3阶3dB等波纹契比雪夫低通滤波电路，信号源和负载的阻抗为Z0=1W，截止频率为f0=1GHz。 归一化3dB等波纹契比雪夫低通滤波电路的参数为：L1=3.3487H，C2=0.7117F，L3=3.3487H 1. 映射到低通滤波电路 2. 映射到高通电路 归一化LPF映