【正文】 第六講 濾波電路設(shè)計(jì) 諧振電路和濾波電路的基本結(jié)構(gòu) – 諧振電路的類型和基本參數(shù) – 一階濾波電路 集總參數(shù)濾波電路 – 巴特沃茲濾波電路 – 契比雪夫?yàn)V波電路 – 歸一化濾波電路的變換 分布參數(shù)濾波電路 – 基本方法 – 低通濾波電路的設(shè)計(jì) – 帶阻濾波電路 – 帶通濾波電路 集總參數(shù)濾波電路 : 使用電感 、 電容等集總器件進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 一般適于低于 500MHz的射頻信號(hào) 。 分布參數(shù)濾波電路：使用微帶線等分布參數(shù)電路設(shè)計(jì) ， 一般適于高于 500MHz的射頻信號(hào) 。 第六講 濾波電路設(shè)計(jì) 諧振電路和濾波電路的基本結(jié)構(gòu) 諧振電路的類型和基本參數(shù) 歸一化的角頻率 W定義 為實(shí)際角頻率 w與中心角頻率 （ 截止頻率 ）wC的比值 ， 定義為 CwwW?濾波電路特性分類 Wad Ba 174。 165。0L P FWad Ba 174。 165。0H P FWad Ba 174。 165。0B S FWad Ba 174。 165。0B P Fa 174。 165。WLWHWHWL11Low Pass Filter High Pass Filter Band Pass Filter Band Stop Filter 濾波電路函數(shù)的特性比較 Wad B0巴 特 沃 茲 濾 波 電 路契 比 雪 夫 濾 波 電 路橢 圓 濾 波 電 路 巴特沃茲濾波電路 契比雪夫?yàn)V波電路 橢圓濾波電路 參數(shù)來源 二項(xiàng)式 契比雪夫多項(xiàng)式 橢圓函數(shù) 帶外衰減 可達(dá)無窮大 可達(dá)無窮大 有限值 波紋 無 通帶內(nèi) 通帶內(nèi)和通帶外 電路復(fù)雜性 適中 適中 復(fù)雜 特征 最大平滑 等波紋 最陡峭 衰 減 系 數(shù) 歸一化頻率 濾波電路主要參數(shù) 濾波電路的主要參數(shù)包括： – 插入損耗 – 波紋系數(shù) – 通帶寬度 – 矩形系數(shù) – 阻帶抑制 – 品質(zhì)因數(shù) 插入損耗 ? ?210d B 1 0 l o g 1 0 l g ( 1 )LININI N LININPILPPPP? ? ? ? ? ???? 功 率 損 失 百 分 比 插入損耗（ Insertion Loss）描述濾波電路在通帶內(nèi)對(duì)傳輸信號(hào)的損耗。 其定義為從信號(hào)源入射到濾波電路的功率 PIN與匹配負(fù)載得到功率 PL的比值，采用分貝可以表示為 波紋系數(shù) 波紋系數(shù) (Ripple factor) 表示在通帶內(nèi)濾波電路響應(yīng)的最大值和最小值的差值 。 濾波電路通帶內(nèi)的平坦度可以用波紋系數(shù)來描述 ， 單位為分貝 。 Wad B0巴 特 沃 茲 濾 波 電 路契 比 雪 夫 濾 波 電 路橢 圓 濾 波 電 路頻帶寬度 頻帶寬度：定義為濾波電路的通帶內(nèi)在達(dá)到 3dB衰減對(duì)應(yīng)的高端截止頻率 fH和低端截止頻率 fL的差值。 3 d B HLB W f f??BW ? BandWidth 矩形系數(shù) 6 0 d B 6 0 d B6 0 d B3 d B 3 d B 3 d BHLHLffBWSFB W f f????矩形系數(shù)（ Shape Factor） ：描述了濾波電路的響應(yīng)在截止頻率附近的陡峭變化的特性。 矩形系數(shù)越低，濾波電路的響應(yīng)越陡峭。 矩形系數(shù) SF定義為 60dB帶寬與 3dB帶寬的比值。 阻帶抑制 （ Depression） 阻帶抑制： 在理想情況下，希望濾波電路在通帶外能夠具有無窮大的衰減，但實(shí)際濾波電路只能達(dá)到一個(gè)有限的衰減量。 通常為了與矩形參數(shù)比較，定義阻帶抑制為 60dB。 帶通濾波電路的典型響應(yīng) ad B6 0 d B3 d B波 紋 系 數(shù)帶 阻 衰 減B W6 0 d BB W3 d B插 入 損 耗0 ffHfL品質(zhì)因數(shù) 濾波電路的品質(zhì)因數(shù) (Quality Factor)定義為 在諧振頻率下 ， 平均儲(chǔ)能和一個(gè)周期內(nèi)的平均能量消耗之比 。 濾波電路的品質(zhì)因數(shù) Q可以用公式表示為 =2WC CCS t o r d e d S t o r d e dL o s s L o s sWWQPww w w w ww w ?? ????平 均 儲(chǔ) 能功 率 損 耗 一階濾波電路 1. 低通濾波電路 +RCZLZGVGL P F兩端口網(wǎng)絡(luò)等效電路 +RCRLRGVGv2v11 2 3 4? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 2 3 4101 1 1 0110 1 0 1 1GLA A A A ARRjCRw???? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ????轉(zhuǎn)移矩陣： 12 [ ] [ ]uu ABAAii CD? ? ? ? ????? ? ? ? ??? ??? ? ? ? 兩端口網(wǎng)絡(luò)等效電路 ? ?? ?1111GGLLR R j C R RRAjCRww????? ? ? ?????????????? ?21112 011GLivA R R j CvR w???? ? ? ? ?????? ?21 1 11111GLvvAR R j CRw????? ? ?????w?0 w?165。 低通濾波器的電壓傳遞系數(shù) ? ? ? ?? ?? ? ? ?21111GGLvHv R R j C R RRwww w??? ? ? ?? ? ? ? ? ?11 0 1 02 0 l o g 2 0 l o gHHa w w w?? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?Ima rc t a nRegHHdtdw?w?ww??相位特性：相位差 幅度特性：衰減系數(shù) 電壓傳遞系數(shù)： 群時(shí)延 R=10W， C=10pF， RG=50 W, 負(fù)載 RL變化 0 . 1 1 1 0 1 0 00 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0w|H ?w ?|G H zRL= 5 0 WRL= 5 WRL= 5 0 0 WRL= 5 k W1 1 0 1 0 0 9 0 6 0 3 00w? ?w ?G H zRL= 5 0 WRL= 5 WRL= 5 0 0 WRL= 5 k W電壓傳遞系數(shù)的幅值與相位 +RLRLRGVGH P F2. 高通濾波電路 2. 高通濾波電路 檢驗(yàn) 1階高通濾波電路的特性 ? ?? ?10101111101111111GLGGLLRRARjLR R R Rj L Rj L Rwww??????? ????? ?????????????? ??????? ? ? ???????????????? ?? ?1111GLHRRj L Rww???? ? ?????當(dāng)頻率為零（ w174。0） 當(dāng) 頻率為無窮大（ w174。165。） 2. 高通濾波電路 R=10W， RG =50W， L=100nH +RLRLRGVGH P F2. 高通濾波電路 0 . 0 1 0 . 1 1 1 00 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0|H ?w ?|wG H zRL= 5 k WRL= 5 0 0 WRL= 5 0 WRL= 5 W0 . 0 1 0 . 1 1 1 003 06 09 0G H zw? ?w ?RL= 5 0 WRL= 5 WRL= 5 k WRL= 5 0 0 W幅度特性 相位特性 3. 帶通濾波電路 下面這個(gè)怎么成帶阻了低頻能通過，高頻能通過，阻帶內(nèi)電流也能在電阻上走呀 +RLRLRGVGB P FC+RLRLRGVGB S FC帶 通 帶 阻 帶通濾波電路的電壓傳遞系數(shù) ? ?? ?11LGLLGLRHR R j L RjCRR R R j LCwwwww?? ? ? ????? ? ? ?????當(dāng)頻率為零（ w174。0） 當(dāng) 頻率為無窮大（ w174。165。） 帶通濾波電路 +RLRLRGVGB P FCR=20W， L=5nH， C=2pF， RL=RG=50W。 011 1 0 G H z52LC n H p Fw ? ? ??帶通濾波電路的特性 1 1 0 1 0 00 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 5| H ( w ) |角 頻 率 wG H z1 1 0 1 0 0? ( w )角 頻 率 wG H z 9 0 6 0 3 003 06 09 0幅度特性 相位特性 帶通濾波電路的電路衰減 插入損耗 101 0 l o gINLPILP??1 1 0 1 0 051 01 52 02 53 03 54 04 5wa ( w ?d BG H z0 . 1? ? ? ?102 0 l o g Ha w w??濾波電路插入損耗為入射濾波電路的功率到負(fù)載功率的衰減。 衰減是從信號(hào)源到負(fù)載的功率衰減 ， 考慮了信號(hào)源內(nèi)阻的損耗 。 衰減 帶通濾波電路的電路衰減 ? ?0 1 0102 0 l o g 7 . 62 0 l o g 1 . 6LGLGLGLRdBR R RRRI L d BR R Raw ? ? ????? ? ???R=20W， L=5nH， C=2pF， RL=RG=50W。 +RLRLRGVGB P FC4. 帶阻濾波電路 +RLRLRGVGB S FC? ? 21111LGLvRHv RRjCRLwww????????????當(dāng) w174。0或者 w174。165。時(shí)：？？？ 帶阻濾波電路的特性 0 . 1 1 1 0 1 0 00 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 5wG H z|H ?w ?|R = 2 k WR = 2 0 WR = 2 0 0 WG H z1 1 0 1 0 051 01 52 02 53 03 5wa ?w ?d BR = 2 k WR = 2 0 0 WR = 2 0 WL=5nH， C=2pF， RL=RG=50W 一階濾波電路的品質(zhì)因數(shù) +RLREVG濾 波 電 路C外 電 路RE= RG+ RL001FLQR R Cww??001EELQR R Cww??? ?001LEELQR R R R Cww????1 1 1L F EQ Q Q??適用于帶通、帶阻濾波器 濾波電路 （空載）： 濾波器加載電路： 外 電 路： 利用復(fù)阻抗計(jì)算品質(zhì)因數(shù) 0022LL L Lf Q Qfw?w