《射频滤波器设计》PPT课件

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1、射频滤波器设计信息科学与技术学院第9章射频滤波器设计9.1谐振器和滤波器的基本结构9.2特定滤波器的实现9.3滤波器的实现9.4耦合微带线滤波器第9章射频滤波器设计根据基本电路理论，滤波器可以大致分为四类：低通、高通、带通和带阻滤波器。低通滤波器允许低频信号以很小的衰减量从输入端口传输到输出端口，当信号频率超过特定的截止频率后，信号的衰减量将急剧增大，从而使输出端口的信号幅度下降。高通滤波器的特征恰好相反，此时低频信号分量的衰减很大，即低频信号分量的输出幅度下降了，当信号频率超过特定的截止频率后，信号则以很小

2、的衰减量从输入端口传输到输出端口。带通和带阻滤波器由特定的下边频和上边频划分出确定的频带，在这个频带内，信号衰减量相对于其他频段有低(带通)或者高(带阻)的衰减量。主要内容：讨论滤波器和谐振器的一些基本概念和定义(如：品质因数和有载品质因数)。然后，引入几种最基本的、多节低通滤波器结构，即已有设计参数表的所谓最大平滑二项式(巴特沃斯)滤波器和等波纹(切比雪夫)滤波器。掌握将标准最大平滑二项式或切比雪夫低通滤波器变换为符合要求的特定滤波器的方法，研究如何用分布参数元件实现这些滤波器的方法。根据将集总参数元件变为

3、分布参数元件的Bichnk变换和KunDd8规则，我们可以导出一些实用的方法，采用这些方法可设计出通常情况下都能够实现的滤波器电路结构。9.1谐振器和滤波器的基本结构9.1．1滤波器的类型和技术参数一、四种基本的理想滤波器：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。1、如右图归纳出了四种滤波器的衰减系数与归一化角频率的关系。其中参数Ω＝ω/ωc为相对于角频率ωc的归一化频率对于低通和高通滤波器ωc是截止频率，对于带通和带阻滤波器ωc是中心频率。2、低通滤波器的衰减曲线：右下图画出了二项式(巴特沃斯)、切

4、比雪夫以及椭圆函数(Cauer)低通滤波器的衰减曲线。二项式滤波器具有单调的衰减曲线，一般说来也比较容易实现。遗憾的是，若想在通带和阻带之间实现陡峭的过渡衰减变化，需要使用很多元件。切比雪夫滤波器具有较好的陡峭过渡衰减曲线，但通带内的衰减曲线有某种程度的起伏，或者说波纹。且衰减曲线的波纹在通带内或阻带内保持相等的幅度，这种滤波器的设计依据于所谓的切比雪夫多项式。可以看出，对于二项式和切比雪夫滤波器，当Ω→∞时，滤波器的衰减趋于无穷大。椭圆函数滤波器在通带与阻带间的过渡变化最陡峭，但代价是其通带和阻带内均有波纹

5、。由于椭圆函数滤波器设计在数学上的复杂性，我们将不再做进一步的讨论9.1谐振器和滤波器的基本结构二、重要参数：BF插入损耗：插入损耗定量地描述了功率响应幅度与odB基准的差值。波纹：通带内信号响应的平坦度可以采用以下方法定量，定义波纹系数，采用dB或奈贝(Neper)为单位表示响应幅度的最大值与最小值之差。切比雪夫滤波器设计方法能够精确地控制波纹的幅度。其中，PL是滤波器向负载输出的功率，Pin是滤波器从信号源得到的输入功率，

6、Γin

7、是从信号源向滤波器看去的反射系数。带宽：对于带通滤波器，带宽的定义是通带内

8、对应于3dB衰减量的上边频和下边频的频率差：矩形系数：矩形系数是60dB带宽与3dB带宽的比值，它描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：阻带抑制：在理想情况下，我们希望滤波器在阻带频段内具有无穷大的衰减量。但是，实际上我们只能得到与滤波器元件数目相关的有限衰减量。在实际情况中，为了使阻带抑制与矩形系数建立联系[式(9.3)]，通常以60dB作为阻带抑制的设计值。9.1谐振器和滤波器的基本结构上述滤波器参数都可以通过如图9.3所示的典型带通衰减曲线来说明。由于滤波器的衰减特征是根据它与归一化频率的对

9、应关系画出的，所以其中心频率fc被归一化为Ω＝1，而3dB上、下边频对称于该中心频率。在这两个3dB衰减频率点之外，衰减量急剧增加并迅速达到60dB的阻带衰减值，此处就是阻带的起始点。品质因数Q：描述滤波器的频率选择性的参数，品质因数通常被定义为在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比：其中功率损耗Ploss等于单位时间内的耗能（注意区别有载滤波器和无载滤波器的不同）。通过下例说明9.1谐振器和滤波器的基本结构如右图为有载滤波器：输人端口与信号源相连，输出端口与负载相连此时功率损耗通常被认为是外接负载上

10、的功率损耗和滤波器本身功率损耗的总和，品质因数称为有载品质因数QLD.，如果对有载品质因数QLD取倒数，可以得到：由于总功耗包含滤波器的功耗以及外接负载的功耗，上式可以简化为：其中，QF为滤波器的固有品质因数，QE为外部品质因数。变换为：其中fc是滤波器的中心频率或谐振频率。9.1谐振器和滤波器的基本结构三、滤波器的重要特点滤波器设计的关键点是根据输入电压或根据信号源电压，确定输出电压1、低通滤波器