橢圓低通濾波器設(shè)計(jì)仿真課程設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 23:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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△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(duì)角頻率為w0信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。（2）阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬， w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。（1）濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y對(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作，定義為： 。（2）該靈敏度與測(cè)量?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出信號(hào)失真度不超過(guò)允許范圍，對(duì)其相頻特性∮(w)也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度。群時(shí)延函數(shù)越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小。 LC濾波器的工作原理無(wú)源濾波器，又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)，可對(duì)主要次諧波（7）構(gòu)成低阻抗旁路；單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無(wú)源濾波器。濾波器是一種二端口網(wǎng)絡(luò)。它具有選擇頻率的特性，即可以讓某些頻率順利通過(guò)。而對(duì)其它頻率則加以阻攔，目前由于在雷達(dá)、微波、通訊等部門，多頻率工作越來(lái)越普遍。對(duì)分隔頻率的要求也相應(yīng)提高；所以需用大量的濾波器。在低頻部分。將逐漸為有源濾波器和陶瓷濾波器所替代。在高頻部分也出現(xiàn)了許多新型的濾波器，例如：螺旋振子濾波器、微帶濾波器、交指型濾波器等等。無(wú)源LC電路不易集成，通常電源中整流后的濾波電路均采用無(wú)源電路，且在大電流負(fù)載時(shí)應(yīng)采用LC電路。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動(dòng)系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大，具有較好的濾波特性RCπ型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級(jí)RC濾波電路組成的。圖21 圖22 圖23 圖24 圖21電阻R的作用是將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動(dòng)系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗；若增大C2的電容量，又會(huì)增大電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也不現(xiàn)實(shí)。這種電路一般用于負(fù)載電流比較小的場(chǎng)合.并聯(lián)的電容器C在輸入電壓升高時(shí)，給電容器充電，可把部分能量存儲(chǔ)在電容器中。而當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)。經(jīng)過(guò)濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。若采用電感濾波，當(dāng)輸入電壓增高時(shí)，與負(fù)載串聯(lián)的電感L中的電流增加，因此電感L將存儲(chǔ)部分磁場(chǎng)能量，當(dāng)電流減小時(shí)，又將能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流變得平滑，因此，電感L也有平波作用。利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)一個(gè)電感，使輸出電流波形較為平滑。因?yàn)殡姼袑?duì)直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。在低頻應(yīng)用中，對(duì)于系統(tǒng)的測(cè)量我們經(jīng)常采用一些終端短路、開(kāi)路的測(cè)量方法。但是對(duì)于射頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則可能行不通，因?yàn)槿绻覀儾捎脤?dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)短路情況，但是有時(shí)電感在高頻下的電感量會(huì)非常大，所以不適合測(cè)量。此外，高頻的情況下，開(kāi)路也會(huì)在終端形成負(fù)載電容，所以也不適合。并且，當(dāng)我們?cè)谘芯侩姴▊鞑サ臅r(shí)候，此時(shí)的反射系數(shù)模若等于1，可能會(huì)造成器件因震蕩而引起的損壞。因此在高頻的時(shí)候，我們想找到一種合適的測(cè)量方法，這里我們引入了S參量，S參量在射頻微波電路中應(yīng)用廣泛，對(duì)于級(jí)聯(lián)的濾波器，我們也可以很輕松的求得級(jí)聯(lián)的網(wǎng)路S參數(shù)。并且利用S參數(shù)來(lái)研究二端口網(wǎng)絡(luò)，可以表示網(wǎng)絡(luò)的大部分參數(shù)特性。綜上所述，S參數(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)是非常值得我們?nèi)パ芯康?。下面我們將?duì)S參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹 S參數(shù)的意義散射參量又叫S參量(Sparameter)[2]。在微波波段運(yùn)用電壓和電流表示的各種參量在實(shí)際應(yīng)用中并不方便，首先缺少恒定的微波電壓源和微波電流源；其次不容易得到理想的短路或開(kāi)路終端；在電路的實(shí)際應(yīng)用中，器件并不是處于短路或開(kāi)路狀態(tài)，不連續(xù)的終端負(fù)載將導(dǎo)致有害的電壓、電流波反射，并產(chǎn)生可能造成器件損壞的振蕩。因此這些參量很難正確地測(cè)量。在微波技術(shù)中，不管電路形勢(shì)如何變化，我們可以設(shè)法使信號(hào)源輸出功率保持不變，找到匹配的終端負(fù)載。這樣根據(jù)參考面上歸一化的入射波電壓和歸一化的反射波電壓之間的關(guān)系導(dǎo)出的散射參量和傳輸參量就顯得更為方便。同時(shí)，利用Sparameter就可以在避開(kāi)不現(xiàn)實(shí)的終端條件以及避免造成被測(cè)器件(DUT)損壞的條件下，用二端口網(wǎng)絡(luò)的分析方法確定幾乎所有微波器件的特征。圖25 二端口網(wǎng)絡(luò)及其S參量圖25描述了Sparameter定義原理。其中，和分別為端口1的歸一化入射電壓波和反射電壓波；和分別為端口2的歸一化入射電壓波和反射電壓波和分別是輸入、輸出參考面。用兩個(gè)參考面上的入射波電壓來(lái)表示兩個(gè)參考面上的反射波電壓的網(wǎng)絡(luò)方成為： (21) (22)或簡(jiǎn)寫為。其中為散射矩陣，、為散射參量由此導(dǎo)出各個(gè)參量定義如下：，即當(dāng)端口2匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù)；，即當(dāng)端口1匹配時(shí)，端口2的反射系數(shù)；，即當(dāng)端口1匹配時(shí)，端口2到端口1的傳輸系數(shù)；，即當(dāng)端口2匹配時(shí)，端口1到端口2的傳輸系數(shù)。Sparameter的物理意義是相
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