【文章內(nèi)容簡介】 分的功率，即負(fù)載功率 LP ，因此可以得到： 第 6 頁 LP ≤ AP 如果濾波器無損耗，則 LP = AP ；如果輸入端又無反射， RP =0，則 LP =inP 。11s 和 21s 用分貝（ dB）表示如下： BPPILL dlg10 in ???????? BPPRL dlg10 inR ?????????? 再由電壓的關(guān)系分析，假設(shè) ?nV (n=1,2）表示入射到 n 端口的電壓波振幅，nV (n=1,2）表示經(jīng)過 n 端口反射的電壓波振幅。則通過入射的電壓波和反射電壓波的關(guān)系就可得出散射矩陣或【 S】矩陣： iiS 表示當(dāng)所有端口接匹配負(fù)載時(shí)從 i 端口看去的反射系數(shù)； ijS 則為當(dāng)所有端口連接匹配負(fù)載時(shí)從 端口 j 到端口 i 的傳輸系數(shù)。 假設(shè)端口 2 接匹配負(fù)載，則 incP 和 LP 分別表示端口 1 和端口 2 的功率，與端口電壓成平方關(guān)系，插入損耗 IL 是 21S 的分貝表示形式。反射系數(shù) 就是 11S ，回波損耗也就是 11S 的 dB 表示形式 。 濾波器 的綜合設(shè)計(jì)和分析方法 綜合設(shè)計(jì)方法 濾波器的綜合設(shè)計(jì)方式有插入損耗法和鏡像參量法兩種 。 插入損耗的方法是使用一個(gè)系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)頻率響應(yīng)方法 ,所以它可以控制 第 7 頁 在通帶和阻帶相位和振幅特征 ,設(shè)計(jì)一個(gè)完整的濾波器頻率響應(yīng)。起始的歸一化頻率和阻抗低通濾波器原型 ,通過轉(zhuǎn)換 ,將其轉(zhuǎn)換為所需的濾波 器 ,而且還簡化了設(shè)計(jì)程度。 鏡參數(shù)方法是一種 ABCD 參數(shù)基于兩端口網(wǎng)絡(luò)分析方法的過濾輸入 /輸入。主要是通過比較容易的級(jí)聯(lián)兩個(gè)濾波器 ,從而達(dá)到需要的衰減特性和截止頻率 ,但是它不提供全部工作頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)的具體屬性。其中 ,插入損耗法便是最常見的現(xiàn)代濾波器設(shè)計(jì)的方式。 綜合方法如圖（ ）所示： 圖（ ） 分析方法 濾波器常用分析方法有：微波網(wǎng)絡(luò)理論、微帶線理論、腔體理論、有限元法（ FEM）、矩量法（ MoM）以及時(shí)域有限差分 法。其中微波網(wǎng)絡(luò)理論、傳輸線理論和腔體理論屬于傳統(tǒng)的分析方法，而后面三種則屬于數(shù)值分析方法。 常見的射頻濾波器 現(xiàn)在常見射頻濾波器為下面的幾個(gè)： 1．體波及聲表面波濾波器 特點(diǎn)是插入損耗低、帶外抑制較高、頻率響應(yīng)平坦、體積小、承受功率高、整合兼容性高，另外品質(zhì)因數(shù)高，溫度特性優(yōu)良，因此應(yīng)用比較廣泛，但是主要適合窄帶應(yīng)用。 2．波導(dǎo)濾波器 最早出現(xiàn)，具有低插入損耗、高功率容量、結(jié)構(gòu)簡單、良好的頻率選擇性等特點(diǎn)，在射頻頻段體積較大，成本較高。 3．介質(zhì)濾波器 具有 低損 耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高 功率等特點(diǎn)，但是由于工藝水平較低和加工成本過高，應(yīng)用并不是很普遍。主要包括陶瓷、晶體等濾波器。 4．同軸線濾波器 第 8 頁 通帶插入損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊，但當(dāng)工作頻率變高時(shí)，尤其是超過 10GHz 時(shí)，其加工誤差帶來的的影響是不容忽視的。 5．微帶濾波器 具有結(jié)構(gòu)簡單 ,體積小 ,容易和電路集成 ,容易 加工和低成本等。它主要是通過采用不同的介質(zhì)襯底 ,形成輸電線路 ,使其適用的頻率范圍寬。正是由于這些特點(diǎn) ,它是常見的無線電頻率濾波器。 本章小結(jié) 本章主要寫了濾波器的分類、重要參數(shù)、設(shè)計(jì)方式，以及幾種常見射頻濾波器。 分析濾波器的插入損耗和回波損耗兩個(gè)參數(shù) ,優(yōu)化設(shè)計(jì)濾波器仿真提供了一部分理論基礎(chǔ)。 第 9 頁 第三章 worhbench 設(shè)計(jì)與仿真 workbench 軟件介紹 Electronic Workbench 是一 種 電子電路仿真 的 軟件， 能夠演示 各種電路工作狀態(tài) ，模擬各種 各樣 電路 以及 縮放 其 顯示 出來 的波形。 目前 Electronic Workbench已經(jīng) 是一 種 經(jīng)典 靈巧 ， 比較 好用 而且能夠準(zhǔn)確描述電路波形 的模擬數(shù)字電路仿真軟件 。 Electronic Workbench 包括 ： 函數(shù)發(fā)生器 ,示波器、數(shù)字萬用表、光譜儀、…首先設(shè)計(jì)好電路 ,連接好電路和儀器 ,設(shè)定好所有儀器的參數(shù)設(shè)置 ,調(diào)整電源電壓 ,開關(guān)電源。它能夠演示各種電路工作的狀態(tài) ,能夠模擬各種電子電路 ,能夠放大顯示的波形 ,能夠仿真數(shù)字電路 ,模擬電路和數(shù)字電路 (線性 )與模擬 (線性 )電路的工作點(diǎn) ,例如波形、頻率、周期、有效值 ,等等。 。 模擬帶通濾波器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的 1．了解有源 濾波器 和無源 濾波器 的設(shè)計(jì)方式以及內(nèi)容過程。 2 嫻熟的掌握仿真軟件 (工作臺(tái)或電路仿真 )電路設(shè)計(jì)以及運(yùn)行仿真結(jié)果。 3 設(shè)計(jì)電路仿真和微波組件來構(gòu)建相應(yīng)的電路。 4 結(jié)合目前已有的儀器和儀表對系統(tǒng)調(diào)試。 5．掌握理論聯(lián)系實(shí)踐的方法。 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)低通 濾 波器 ，是有源二階，并且最高截止頻率為 2KHz，通帶電壓放大倍數(shù)為 2，當(dāng)頻率為 10KHz 時(shí)，幅度衰減量高于 30 分貝。 濾波器的設(shè)計(jì)原理及組件選擇 濾波器介紹 濾波器 是一種用于使不同的頻率信號(hào)進(jìn)行分離的組件。 濾波器 的關(guān)鍵作用是為了抑制不需要的信號(hào) ,讓其無法通過 濾波器 ,只讓需要的信號(hào)通過。事實(shí)上許多微波組件都有特定的頻率特性 ,可以使用濾波器的理論進(jìn)行分析。源于集中參數(shù) 第 10 頁 濾波器 理論相對健全 ,因此 ,雖然微波 濾波器 在很多方面都有自己的特點(diǎn) ,但是在一定的頻率范圍內(nèi) ,分析微波 濾波器 的 特點(diǎn) ,可以使用相應(yīng)的集總等效電路進(jìn)行了分析。因此 ,對于很大部分的微波 濾波器 ,能夠采用集總參數(shù) 濾波器 的設(shè)計(jì)原則以及處理方式，再根據(jù)得到的分析結(jié)果，在具體的微波結(jié)構(gòu)形式中充分顯現(xiàn)。 現(xiàn)在用單端口，雙端口網(wǎng)絡(luò)的理論知識(shí)進(jìn)行微波 濾波器 的設(shè)計(jì)，開發(fā)。由于在設(shè)計(jì)模擬電路時(shí)，需要對高頻信號(hào)在特定的頻率或頻段內(nèi)的頻率分量做放大或衰減的處理，因此必須研究如何實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的濾波。 有源濾波器的設(shè)計(jì) 有源 濾波器 的設(shè)計(jì) ,它是 依據(jù) 給定指標(biāo)的要求 ,確定 濾波器 的階數(shù) n,選擇 相應(yīng)具體的電路形式 ,計(jì)算電路中每個(gè)元素的 具體數(shù)值 ,對電路進(jìn)行安裝以及 調(diào)試 ,使濾波器 滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求 ,具體內(nèi)容下示： （ 1）確定濾波器的階數(shù)，主要是由阻帶衰減速率要求來作為確定依據(jù)。 （ 2）選擇具體的電路形式。 （ 3）建立一個(gè)系數(shù)方程，利用電路的傳遞函數(shù)以及歸一化分母多項(xiàng)式 濾波器 的傳遞函數(shù)。 （ 4）對方程組進(jìn)行求解，求出電路中各個(gè)元件的數(shù)值。 （ 5）對電路進(jìn)行安裝以及調(diào)試 ,確保電路性能達(dá)到要求的指標(biāo)。 濾波器類型的選擇分析 我們選擇巴特沃斯 濾波器 電路。因?yàn)檫@種 濾波器 的衰減曲線不存在波紋，其特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線呈最大 限度平坦，起伏微乎其微，卻在阻頻帶逐漸降低，直至變成零。由于要求 30 分貝 /八度 ,選取二階有源低通 濾波器 電路 ,其中 n = 2。 有源二階 low pass filter 的電路如圖（ ）所示 ,壓控電壓源二階濾波電路的特點(diǎn)是 :運(yùn)算放大器是同相連接的方式 ,使 濾波器 為高輸入阻抗、輸出阻抗很低 ,濾波器 等效為電壓源 ,它的優(yōu)勢是電路性能穩(wěn)定 ,增益只需要簡單的調(diào)整。 第 11 頁 圖（ ） 在集成運(yùn)算放大器輸出之間的集成運(yùn)放同相輸入之中接入一個(gè)負(fù)面的反饋 ,處于不同的頻段 ,其反饋的極性也是不一樣的 ,當(dāng)信號(hào)頻率 f fc截止頻率 (fc),每級(jí) RC 電路的移相 90 度 ,兩個(gè)級(jí)別的 RC 電路的相移 180 度 ,電路的輸出電壓和輸入電壓反相 ,所以通過電容 C 引到集成運(yùn)算放大器同相位的端口的反饋是負(fù)面的反饋 ,反饋信號(hào)會(huì)減弱輸入信號(hào)的作用 ,減少電壓放大倍數(shù) ,所以反饋將使二階有源低通 濾波器 快速衰減振幅高頻率端的頻率特征 ,只讓低頻信號(hào)通過。巴特沃斯低通 濾波器 的性能 參數(shù)公式是 : 公式中 uoA 是通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)， Q 是品質(zhì)因子， c? 是截止角頻率。 第 12 頁 電路元器件值表 ?截止頻率 cf =2Khz， C=。 ?增益 vA =2， 1C =C=。 ?為了得到相對應(yīng) 的電阻值，需要求出 k 值，由 k 值與相應(yīng)的 39。R 相乘求得R；而 K=100/（ cf *C） . 我們?nèi)?K=5，由公式 ?及電路元器件值表中 Av=2 得 R1=*5=Ω，取 R1 為 ； R2=*5=，取 R1 為 11kΩ； R3=R4=Ω，取 33kΩ。將其代到設(shè)計(jì)值，則可以得到相應(yīng)的電路圖，如圖（ ）所示： 圖（ ） 低通 filter 實(shí)驗(yàn)的電路圖 運(yùn)算放大器 第 13 頁 741 高增益運(yùn)算放大器 741 芯片是增益運(yùn)算放大器，往往在軍工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用， ,例如單片硅集成電路可以提供 輸出短路保護(hù)以及閉鎖自由操作。其中： 第 2 管腳是負(fù)輸入端； 第 3 管腳是同相位端口中的輸入端； 第 4 管