【文章內(nèi)容簡介】 分的功率，即負載功率 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 表示當所有端口接匹配負載時從 i 端口看去的反射系數(shù)； ijS 則為當所有端口連接匹配負載時從 端口 j 到端口 i 的傳輸系數(shù)。 假設(shè)端口 2 接匹配負載，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)計和分析方法 綜合設(shè)計方法 濾波器的綜合設(shè)計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系統(tǒng)的集成實現(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)計一個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聯(lián)兩個濾波器 ,從而達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： 1．體波及聲表面波濾波器 特點是插入損耗低、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，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，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，但當工作頻率變高時，尤其是超過 10GHz 時，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 ,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參數(shù) ,優(yōu)化設(shè)計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 ,例如波形、頻率、周期、有效值 ,等等。 。 模擬帶通濾波器設(shè)計 設(shè)計目的 1．了解有源 濾波器 和無源 濾波器 的設(shè)計方式以及內(nèi)容過程。 2 嫻熟的掌握仿真軟件 (工作臺或電路仿真 )電路設(shè)計以及運行仿真結(jié)果。 3 設(shè)計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)系實踐的方法。 設(shè)計要求 設(shè)計一個低通 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，當頻率為 10KHz 時，幅度衰減量高于 30 分貝。 濾波器的設(shè)計原理及組件選擇 濾波器介紹 濾波器 是一種用于使不同的頻率信號進行分離的組件。 濾波器 的關(guān)鍵作用是為了抑制不需要的信號 ,讓其無法通過 濾波器 ,只讓需要的信號通過。事實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 ,但是在一定的頻率范圍內(nèi) ,分析微波 濾波器 的 特點 ,可以使用相應(yīng)的集總等效電路進行了分析。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)的理論知識進行微波 濾波器 的設(shè)計，開發(fā)。由于在設(shè)計模擬電路時，需要對高頻信號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現(xiàn)模擬信號的濾波。 有源濾波器的設(shè)計 有源 濾波器 的設(shè)計 ,它是 依據(jù) 給定指標的要求 ,確定 濾波器 的階數(shù) n,選擇 相應(yīng)具體的電路形式 ,計算電路中每個元素的 具體數(shù)值 ,對電路進行安裝以及 調(diào)試 ,使濾波器 滿足設(shè)計指標的要求 ,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）建立一個系數(shù)方程，利用電路的傳遞函數(shù)以及歸一化分母多項式 濾波器 的傳遞函數(shù)。 （ 4）對方程組進行求解，求出電路中各個元件的數(shù)值。 （ 5）對電路進行安裝以及調(diào)試 ,確保電路性能達到要求的指標。 濾波器類型的選擇分析 我們選擇巴特沃斯 濾波器 電路。因為這種 濾波器 的衰減曲線不存在波紋，其特點是通頻帶內(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是 :運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（ ） 在集成運算放大器輸出之間的集成運放同相輸入之中接入一個負面的反饋 ,處于不同的頻段 ,其反饋的極性也是不一樣的 ,當信號頻率 f fc截止頻率 (fc),每級 RC 電路的移相 90 度 ,兩個級別的 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 引到集成運算放大器同相位的端口的反饋是負面的反饋 ,反饋信號會減弱輸入信號的作用 ,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)計值，則可以得到相應(yīng)的電路圖，如圖（ ）所示： 圖（ ） 低通 filter 實驗的電路圖 運算放大器 第 13 頁 741 高增益運算放大器 741 芯片是增益運算放大器，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 輸出短路保護以及閉鎖自由操作。其中： 第 2 管腳是負輸入端； 第 3 管腳是同相位端口中的輸入端； 第 4 管