《高频与射频电路》第2章 - 无源网络ppt课件.ppt

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1、2.1滤波电路的设计滤波电路的设计滤波电路基本参数集总参数滤波器的设计巴特沃兹滤波器切比雪夫滤波器分布参数滤波器的设计为实际角频率w与中心角频率（截止频率）wC的比值，定义为归一化的角频率W滤波电路基本参数插入损耗（InsertionLoss）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

2、止频率fH和低端截止频率fL的差值。矩形系数（ShapeFactor）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（QualityFactor）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可以用公式表示为滤波电路的类型三种常用类型滤波器最平坦型—

3、—巴特沃兹(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。二种滤波器函数集总参数滤波器(1)基本LC低通滤波器(2)基本LC高通滤波器(3)基本串联、并联带通滤波器CL基本LC低通滤波器T-型常数-k低通滤波器π-型常数-k低通滤波器基本串联带通滤波器基本并联带通滤波器常用滤波器结构类型常用滤波器结构类型(4)基本串联带阻滤波器、基本并联带阻滤波器(5)基本滤波器电路的串联、并联构成更复杂的多级滤波器基本串联带阻滤波器基本并联带阻滤波器(a)8个极点的低通滤波器(b)6个极点带通滤波器(1)并联/4短

4、路线构成的带通滤波器(2)并联/4开路线构成的带阻滤波器(3)六级边缘耦合平行耦合线带通滤波器/4通过孔分布参数滤波器常用滤波器结构类型滤波器的实物照片基站室外单元内HTS（高温超导滤波器）器件金属腔体型介质谐振器滤波器（2.8GHz和5.6GHz）滤波器的实物照片滤波器的实物照片卫星高频头滤波器电路实物图半波长谐振器平行耦合滤波器的实物照片滤波器的实物照片集总参数滤波电路巴特沃兹滤波电路截止频率wC上滤波电路有3dB的损耗巴特沃兹滤波电路首个元件串联首个元件并联巴特沃兹滤波电路巴特沃兹(即最大平坦式）低通原型滤波器归一化元件值(N=1~10)巴特沃兹滤波电路巴特沃兹滤波电路带外衰减

5、巴特沃兹滤波电路巴特沃兹滤波电路例：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确定基本电路查表确定电路参数确定阶数NN=5确定基本电路电路的连接方式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随着频率变化，相位没有突变牺牲截止频率附近的频率陡峭特性线性相移巴特沃兹滤波电路线性相移巴特沃兹滤波电路设计方法与一般巴特沃兹滤波电路设计方法除上表的参数不同外，电路结构和设计方法相同。契比雪夫滤波电路插入损耗N阶切比雪夫多项式契比雪夫滤波电路契比雪夫滤波电路契比雪夫滤波电路带内电压传递系数

6、模值带外衰减插入损耗带外衰减契比雪夫低通原型滤波器的阻带衰减特性3dB波纹契比雪夫低通原型滤波器的阻带衰减特性0.5dB波纹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归一化元件值(3dB波纹）契比雪夫低通原型滤波器归一化元件值(0.5dB波纹）契比雪夫滤波电路举例试确定低通原型滤波器的梯形网络结构和归一化元件值。已知fc=1GHz,LAr=3dB,要求在fs=1.5GHz处LAs＞30dB解:采用切比雪夫式的低通原型:(1)确定N值。Ωs=ωs/ωc=1.5，由LAr=3dB，LAs＞30dB及Ωs=1.5。查契比雪夫低通原型滤波器的阻带衰减特性3dB波纹图，得N=5。(

7、2)确定归一化元件值。据LAr=3dB,N=5,查契比雪夫低通原型滤波器归一化元件值LAr=3dB表，得归一化元件值为:g1=g9=3.4817,g2=g4=0.7618,g3=4.5381,g6=1.0000。(3)梯形网络有电感输入式和电容输入式两种,分别如下图所示几种滤波电路设计比较例：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。几