【文章內(nèi)容簡介】 將歸一化LPF變換為帶寬等于待設(shè)計BPF帶寬的LPF 將上述LPF變?yōu)樘卣髯杩挂驳扔诖O(shè)計BPF特征阻抗的LPF 按LPF與BPF的I~IV型基本單元對應(yīng)關(guān)系進行電路變換，得到待設(shè)計BPF的電路結(jié)構(gòu)形式到待設(shè)計BPF的電路結(jié)構(gòu)形式 按規(guī)則計算變換后電路的元件參數(shù)值，便得BPF的最終電路 圖215 帶通濾波器設(shè)計流程圖 LPF的基本電路單元 BPF的基本電路單元 (a) I型電路LPF的基本電路單元 BPF的基本電路單元 (b) II型電路LPF的基本電路單元 BPF的基本電路單元 (c) III型電路LPF的基本電路單元 BPF的基本電路單元 (d) IV型電路 圖216 LPF四種基本構(gòu)成單元及與BPF基本構(gòu)成單元對應(yīng)關(guān)系 切比雪夫型帶通濾波器設(shè)計 切比雪夫型帶通濾波器就是依據(jù)歸一化切比雪夫型低通濾波器的設(shè)計數(shù)據(jù)對帶通濾波器進行設(shè)計，下面將通過舉例說明設(shè)計帶通濾波器的過程。 設(shè)允許通帶內(nèi)起伏量為1dB，特征阻抗為50，試設(shè)計中心頻率為50MHz、等起伏帶寬為30MHz的二階切比雪夫型帶通濾波器。 對帶通濾波器設(shè)計的第一個步驟，就是要依據(jù)歸一化低通濾波器得到與待設(shè)計帶通濾波器具有相同帶寬的低通濾波器。下一個步驟就是對該低通濾波器的特征阻抗進行設(shè)計，把它設(shè)計成與待設(shè)計帶通濾波器相同。 因為待設(shè)計帶通濾波器具有1MHz的帶寬和50的特征阻抗，因此本例設(shè)計的低通濾波器也應(yīng)具有1MHz的截止頻率，50的特征阻抗，所依據(jù)的設(shè)計數(shù)據(jù)是二階切比雪夫歸一化低通濾波器的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其電路如圖217。第一步要先進行變換截止頻率以得到待設(shè)計濾波器的截止頻率和參考濾波器的截止頻率的比值M，其公式如下。 (222)以M除歸一化低通濾波器的每一個元件值，便可以得到特征阻抗保持不變?nèi)詾?0，而截止頻率已變成30MHz的低通濾波器。 (223) (224) 接著對得到低通濾波器的中間數(shù)據(jù)要進行特征阻抗變換，需求出待設(shè)計濾波器的特征阻抗和參考濾波器特征阻抗的比值K，其公式如下。 (225)以K乘以得到的濾波器中間數(shù)據(jù)的每一個電感元件值，以K除每一個電容元件值，便可以獲得帶寬和待設(shè)計帶通濾波器帶寬相同的低通濾波器，特征阻抗也和待設(shè)計帶通濾波器的一樣，電路如圖218。 (226) (227) 圖217 歸一化低通濾波器 圖218 中間電路 接下來要把低通濾波器的帶寬設(shè)計成和帶通濾波器相同，設(shè)計低通濾波器的特征阻抗和帶通濾波器一致。上述過程需要一種從低通濾波器到帶通濾波器的電路元件對應(yīng)關(guān)系，這個對應(yīng)關(guān)系就是上圖216所示的設(shè)計數(shù)據(jù)。也就是說，低通濾波器電路的基本構(gòu)成單元可以歸納為圖216(a)～(d)中箭頭左側(cè)所示的I型~IV型四種類型。而箭頭右側(cè)則是帶通濾波器中與之相對應(yīng)的基本電路單元?？捎蓤D中所示各公式算出帶通濾波器基本電路對照圖中每一個元件的參數(shù)值，式中的是帶通濾波器的中心角頻率，即。 此時，如果要想由低通濾波器的數(shù)據(jù)獲得帶通濾波器的設(shè)計數(shù)據(jù)，只需把低通濾波器的各基本單元換成圖216(a)～(d)中所示帶通濾波器對應(yīng)的基本電路單元，并按圖中的公式計算出各元件值，就設(shè)計出了所要設(shè)計的帶通濾波器。在本例題中第一步所設(shè)計出的低通濾波器如圖218，它的基本電路單元有I型和II型兩種，待設(shè)計的中心頻率為。于是，可以通過下面的公式通過計算得出帶通濾波器電路中的每一個元件參數(shù)值。 (228) (229) (230) (231)最終所設(shè)計出中心頻率為50MHz、帶寬為30MHz、特征阻抗為50的切比雪夫型帶通濾波器電路如圖219所示。 圖219 二階切比雪夫型帶通濾波器切比雪夫型帶通濾波器的仿真圖如下：圖220 切比雪夫型帶通濾波器的仿真圖 帶阻濾波器設(shè)計帶阻濾波器可縮寫為BRF，它常作為帶阻濾波器的簡稱和標記符號來使用。帶阻濾波器的設(shè)計實際上也很簡單，只要按照設(shè)計步驟進行操作，就能設(shè)計出想要設(shè)計的BRF?？傮w來說，整個設(shè)計過程可分為兩個階段，第一個階段就是按照歸一化低通濾波器得到一個與待求帶阻濾波器相關(guān)聯(lián)的高通濾波器，第二階段是按照基本單元電路變換規(guī)則，把所求得的高通濾波器變換成帶阻濾波器。其具體設(shè)計步驟如圖221所示。作為第一階段的第一步，首先要依據(jù)歸一化低通濾波器的數(shù)據(jù)，設(shè)計出歸一化高通濾波器。這一步的計算方法在前面的章節(jié)中講過了，接著第二、三步是對這個歸一化高通濾波器變換截止頻率和特征阻抗。然后可得截止頻率與待求帶阻濾波器相同的截止頻率，特征阻抗等于待設(shè)計帶阻濾波器特征阻抗的高通濾波器，這兩步的計算方法已在前面各章節(jié)中介紹過，第四、五步屬于第二階段，目的是把第一階段所得到的高通濾波器變換成帶阻濾波器，為此就要有從高通濾波器變到帶阻濾波器時的基本電路單元變換規(guī)則，這個變換規(guī)則與前面章節(jié)中的低通濾波器變到帶通濾波器時的基本電路單元變換規(guī)則是相同的。可見，設(shè)計帶阻濾波器的手段與設(shè)計帶通濾波器的手段非常相似，所不同的地方主要在于設(shè)計帶阻濾波器時要先求得歸一化高通濾波器。 歸一化低通濾波器 歸一化高通濾波器 將歸一化HPF變換為截止頻率等于待設(shè)計BRF帶寬的HPF 將上述HPF變?yōu)樘卣髯杩沟扔诖O(shè)計BRF特征阻抗的HPF 按HPF與BRF的I~IV型基本單元對應(yīng)關(guān)系進行電路變換，得到待設(shè)計BRF的電路結(jié)構(gòu)形式換，得到待設(shè)計BRF的電路結(jié)構(gòu)形式 按規(guī)則計算變換后電路的元件參數(shù)值，便得BRF的最終電路 圖221 帶阻濾波器設(shè)計流程圖 巴特沃思型帶阻濾波器設(shè)計與帶通濾波器的設(shè)計一樣，帶阻濾波器的設(shè)計也可以依據(jù)巴特沃思型歸一化低通濾波器的設(shè)計數(shù)據(jù)進行設(shè)計，在下面的例子中將介紹依據(jù)巴特沃思型歸一化低通濾波器的設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計帶阻濾波器。 試設(shè)計阻帶寬度為190MHz，線性坐標中心頻率為500MHz，特征阻抗為50的五階巴特沃思型帶阻濾波器。 要設(shè)計帶阻濾波器，首先要設(shè)計一個濾波器帶寬和特征阻抗都與待設(shè)計帶阻濾波器相同的高通濾波器，在這里就是要設(shè)計截止頻率等于190MHz、特征阻抗等于50的五階巴特沃思型高通濾波器。如前面章節(jié)所述，這個高通濾波器可以依據(jù)相應(yīng)的歸一化低通濾波器來設(shè)計，其設(shè)計結(jié)果如下圖222。 圖222 歸一化高通濾波器 接下來就要對這個高通濾波器進行截止頻率變換和特征阻抗變換，把它變成待設(shè)計截止頻率等于190MHz，待設(shè)計特征阻抗等于50的高通濾波器，設(shè)計過程如下。 (232)以M除歸一化高通濾波器的每一個元件值，得到特征阻抗仍保持為50而截止頻率已變成190MHz的高通濾波器。 (233) (234) (235)接著對得到的高通濾波器的中間數(shù)據(jù)要進行特征阻抗變換，需求出待設(shè)計濾波器的特征阻抗和參考濾波器的特征阻抗K，由公式得。 (236)以K