【文章內(nèi)容簡介】 。 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 第 1 章 引言 1 第 1章 引言 如今，無線通信技術(shù)飛速發(fā)展，人們對無線產(chǎn)品的需求迅速增長，濾波器在許多射頻 \微波的應(yīng)用中扮演重要角色，并隨著通信技術(shù)的發(fā)展而取得不斷進(jìn)展，它們被用來離散或者合成不同的頻率，正發(fā)揮著巨大的作用。與此同時，無線通信對射頻 \微波濾波器的要求也比以往任何時候都更嚴(yán)格 —— 更輕的重量，更小的尺寸，更低的成本。這就要求我們在原有濾波器的理論上更深入的研究其原理和設(shè)計方法。 我國現(xiàn)有濾波器的種類和 所覆蓋的頻率已基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。我國各類濾波器的應(yīng)用情況： LC 濾波器占 50%；晶體濾波器占 20%；機(jī)械濾波器占15%；陶瓷和聲表面濾波器各占 1%；其余各類濾波器共占 13%[1]。顯然， LC 濾波器在所有濾波器中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，對它的研究仍具有重要意義。 濾波器的發(fā)展前景 凡是有能力進(jìn)行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。 1917 年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。 20 世紀(jì) 50 年代無源濾波器日趨成熟。自 60 年代起由于計算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70 年代以后的主攻方向。導(dǎo)致 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到 70 年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來并得到應(yīng)用。 80 年代，致力于各類新型濾波器的 研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 90 年代至現(xiàn)在主要致力于把電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計（論文） 2 各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。 我國廣泛使用濾波器是 50 年代后期的事，當(dāng)時主要用于話路濾波和報路濾波。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。 濾波器的前景 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。我國濾 波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠(yuǎn)，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負(fù)有重大的歷史責(zé)任。 本次的主要任務(wù) 本文的主要工作是對橢圓低通濾波器進(jìn)行研究。本論文在總體結(jié)構(gòu)上共分為 5章。 第 1 章 引言，本章介紹了濾波器的背景及其發(fā)展。 第 2 章 濾波器的基礎(chǔ)理論及濾波器各項(xiàng)指標(biāo)。 第 3 章 介紹各種橢圓濾波器原理與結(jié)構(gòu)，主要對橢圓低通濾波器的原理進(jìn)分析。 第 4 章 橢圓低通濾波器的設(shè)計，對橢圓低通濾波器進(jìn)行設(shè)計并得到仿真結(jié)果，對其進(jìn)行分析。 第 5 章 結(jié)論，全文總結(jié) 。 第 2 章 LC 濾波器 3 第 2章 LC 濾波器 LC 濾波器是一種歷史 最悠久的濾波器，上世紀(jì)二十年代已經(jīng)開始應(yīng)用。今天，它仍然被廣泛應(yīng)用于電信技術(shù)的各個領(lǐng)域中。 LC 濾波器通常的應(yīng)用范圍可以是小于 1G，做的出色的可以做到 3G，那需要特殊的材料和工藝以及經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際上我們自己在通常情況下，能夠做到 100M 就不錯了。 2— 300M 以上一般都已經(jīng)需要使用印制線作為電感。而帶寬通常在 5— 30%，做得好的可以做到 1— 60%。插損一般為 2— 12dB。阻帶抑制一般可以做到 4— 50dB，好的為 7— 80dB。國內(nèi)做得好的當(dāng)數(shù) 13 所和總參 57 所上海分所。 影響 LC 濾波器應(yīng)用的主要障礙是線圈和電容器的參 數(shù)值比較特殊。也就是說，不能使用標(biāo)準(zhǔn)元件，所用的元件是特別訂制的。特別是難以購買到線圈，訂制時需要有一定的交貨期，如果數(shù)量少則價格更高。所以，當(dāng)需要使用 LC 濾波器時，往往采用連同設(shè)計在內(nèi)一起交給廠家制作的方法。但是，在對性能有特別要求的場合，設(shè)計者如果常備有制作線圈的鐵心和繞線架，自己繞制線圈，用 RLC測量儀表選擇電容器，就能夠在短時間內(nèi)制作出在任意截止頻率下的特性都比較陡峭的濾波器。另外，如果是階數(shù)較低的低通濾波器或高通濾波器，也可以用市面上出售的標(biāo)準(zhǔn)品 —— 微型電感進(jìn)行簡單的設(shè)計。 （ 1）按元件分類，濾波器可分為：有源濾波器、無源濾波器、陶瓷濾波器、晶體濾波器、機(jī)械濾波器、鎖相環(huán)濾波器、開關(guān)電容濾波器等。按信號處理的方式分類，濾波器可分為：模擬濾波器、數(shù)字濾波器。 （ 2）按通頻帶分類，濾波器可分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。 除此之外，還有一些特殊濾波器，如滿足一定頻響特性、相移特性的特殊濾波器，例如，線性相移濾波器、時延濾波器、音響中的計杈網(wǎng)絡(luò)濾波器、電視機(jī)電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計（論文） 4 中的中放聲表面波濾波器等。 （ 3）按通帶濾波特性分類，有源濾波器可分為：最大平坦型（巴特沃思型）濾波器、等 波紋型（切比雪夫型）濾波器、線性相移型（貝塞爾型）濾波器等。 （ 4）按運(yùn)放電路的構(gòu)成分類，有源濾波器可分為：無限增益單反饋環(huán)型濾波器、無限增益多反饋環(huán)型濾波器、壓控電源型濾波器、負(fù)阻變換器型濾波器、回轉(zhuǎn)器型濾波器等。 （ Definitions) （ 1）中心頻率（ Center Frequency）：濾波器通帶的中心頻率 f0，一般取? ?0 1 2 / 2f f f?? ， f f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降 1dB 或 3dB 邊頻點(diǎn)。窄帶濾波器常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計算通帶帶寬 。 （ 2）截止頻率（ Cutoff Frequency）：指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常以 1dB 或 3dB 相對損耗點(diǎn)來標(biāo)準(zhǔn)定義。相對損耗的參考基準(zhǔn)為：低通以 DC 處插損為基準(zhǔn)，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準(zhǔn)。 （ 3）通帶帶寬（ BWxdB）：（下圖）指需要通過的頻譜寬帶 ? ?21BWxdB f f??，f f2為以中心頻率 f0處插入損耗為基準(zhǔn)，下降 X（ dB）處對應(yīng)的左、右邊頻點(diǎn)。通常用 X= 即 BW3dB、 BW1dB、 表征 濾波器通帶帶寬參數(shù)。分?jǐn)?shù)帶寬（ fractional bandwidth） = ? ?3/ %100BW dB fo? ，也常用來表征濾波器通帶帶寬。 （ 4）插入損耗（ Insertion Loss）：由于濾波器的引入對電路中原有信號帶來的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表征，如要求全帶內(nèi)插損需強(qiáng)調(diào)。 （ 5）紋波（ Ripple）：指 1dB 或 3dB 帶寬（截止頻率）范圍內(nèi)，插損隨頻率在損耗均值曲線基礎(chǔ)上波動的峰 峰值。 （ 6）帶內(nèi)波動（ Passband Riplpe）：通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。 1dB 帶寬內(nèi)的帶 內(nèi)波動是 1dB。 （ 7）帶內(nèi)駐波比（ VSWR）：衡量濾波器通帶內(nèi)信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁?xiàng)重要指標(biāo)。理想匹配 1VSWR? ： 1，失配時 1VSWR? 。對于一個實(shí)際的濾波器而言，第 2 章 LC 濾波器 5 滿足 :1VSWR? ： 1 的帶寬一般小于 BW3dB，其占 BW3dB 的比例與濾波器階數(shù)和插損相關(guān)。 （ 8）回波損耗（ Return Loss）：端口信號輸入功率與反射功率之比的分貝（ dB）數(shù)，也等于 |20Log10ρ |，ρ為電壓反射系數(shù)。輸入 功率被端口全部吸收時回波損耗為無窮大。 （ 9）阻帶抑制度：衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標(biāo)。該指標(biāo)越高說明對帶外干擾信號抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對某一給定帶外頻率 fs抑制多少 dB，計算方法為 fs 處衰減量 AsIL；另一種為提出表征濾波器幅頻響應(yīng)與 理 想 矩 形 接 近 程 度 的 指 標(biāo) —— 矩 形 系 數(shù) （ 1KxdB? ），/3K xd B B W xd B B W d B? ，（ X 可為 40dB、 30dB、 20dB 等）。濾波器階數(shù)越多矩形度越高 —— 即 K 越接近理想值 1，制作難度當(dāng)然也就越大。 （ 10）延遲（ Td）：指信號通過濾波器所需要的時間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導(dǎo)數(shù)，即 /Td df dv? 。 （ 11）帶內(nèi)相位線性度：該指標(biāo)表征濾波器對通帶內(nèi)傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應(yīng)函數(shù)設(shè)計的濾波器具有良好的相位線性度，但頻率選擇性很差，限于脈沖、或調(diào)相信號傳輸系統(tǒng)應(yīng)用。 （ 12）極點(diǎn)：是指在低通或者高通濾波器中，電抗元件的個數(shù)，如電感、電容；或者在帶通濾波器中電抗元件對的數(shù)量。對全極點(diǎn)濾波器而言，其極點(diǎn)和階數(shù)是一致的，并且其極點(diǎn)數(shù)量決定了濾波器幅頻特性的陡 峭程度。 （ 13）寄生響應(yīng)：是由濾波元件本身的引線及寄生電感、電容等的電抗，在不同的頻率下諧振導(dǎo)致。 （ 1）通帶截頻 ? ?/2fp Wp p? 為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。 （ 2）阻帶截頻 / (2 )fr Wr p? 為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號衰耗(增益的倒數(shù) )下降到一人為定的下限。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計（論文） 6 （ 3） 轉(zhuǎn)折頻率 / (2 )fc Wc p? 為信號功率衰減到 1/2(約 3dB)時的頻率，在很多情況下，常以 fc 作為通帶或阻帶截頻。 （ 4） 固有頻率 0 0 / (2 )f W p? 為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個固有頻率。 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。 （ 1） 對低通濾波器通帶增益 Kp 一般指 w=0 時的增益；高通指 w→∞時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。 （ 2） 對帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。 （ 3） 通帶增益變化量△ Kp 指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果△ Kp 以 dB為單位，則指增益 dB 值的變化量。 （ 1） 阻尼系數(shù)是表征濾波器對角頻率為 w0 信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)