射頻濾波器設(shè)計ppt課件-資料下載頁
2025-05-12 08:14本頁面
【正文】 0／ 8)＝ vP／ (8／ fo)=圖 (a)是用微帶線實現(xiàn)的濾波器最終設(shè)計結(jié)果：圖 537(b)畫出了濾波器在 o至。由圖可見．通帶內(nèi)的波紋在截止頻率 3GHz以下沒有超過 o． 5dB。 濾波器的實現(xiàn)二、 帶阻濾波器設(shè)計 ， 它要求將截止頻率為 1的標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器原型變換為具有特定中心頻率和 3dB上邊頻、下邊頻的帶阻濾波器。設(shè)計一個輸入、輸出阻抗為 50Ω 的最大平滑三階帶阻濾波器，設(shè)計參數(shù)如下：中心頻率 4GHz，帶寬 50％，仍然假設(shè)電磁波在介質(zhì)中的相速度為光速的 60％。 在此設(shè)計任務(wù)中． 將集總參數(shù)元件變換為分布參數(shù)元件時，必須進(jìn)行詳細(xì)分析 。特別重要的是、在設(shè)計帶阻濾波器時，分別對應(yīng)于電路的串聯(lián)或并聯(lián)連接方式，中心頻率點必須有最大或最小阻抗。若采用以前 λ o／ 8線段定義的 Richards變換，在 f=f0處將遇到困難， 因為此時正切函數(shù)值為 1而非最大值。然而，如果 采用 λo ／ 4線段，則 f=f0處正切函數(shù)值趨于無窮大，正好符合阻帶設(shè)計要求。 另外一方面還要考慮的是，將低通濾波器原型 Ω ＝ 1的截止頻率變換為帶阻濾波器的下邊頻和上邊頻，這需要引入所謂帶寬系數(shù) bf： 其中 sbw=（ ωuωL） /ω0是阻帶寬度 濾波器的實現(xiàn)在下邊頻和上邊頻點，若用 λ 0／ 4線段的Richards變換與 bf相乘，可見該乘積的模等于 1。例如，對于下邊點 ωL，有：相應(yīng)于歸一化低通濾波器的截止頻率點 Ω =1。同理對上邊頻：相應(yīng)于歸一化低通濾波器的截止頻率點 Ω=1下面開始設(shè)計。 濾波器的實現(xiàn) 濾波器的實現(xiàn) 首先簡單地介紹傳輸線的奇模、偶模通過公共接地板產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，這種效應(yīng)導(dǎo)致了奇模特性阻抗和偶模特性阻抗。 耦合微帶線作為兩端口網(wǎng)絡(luò)，其 ABCD參量矩陣表達(dá)式也與上述輸入、輸出阻抗有關(guān)。級連這些耦合微帶線元件可得到帶通濾波器結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可用射頻電路模擬軟件來分析、設(shè)計。一、奇模和偶模的激勵 根據(jù)圖 ，可以建立耦合微帶線相互作用的簡單模型。這種結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)厚度為 d，介電系數(shù)為 εr的介質(zhì)層以及附著在介質(zhì)層的兩條相距為 s的微帶線。微帶線的寬度為 w，厚度相對于 d忽略不計。圖、電感耦合效應(yīng)的電路原理圖。? 根據(jù)終端 1和終端 2處的總電壓、總電流，可定義偶模電壓 Ve、偶模電流 Ie和奇模電壓 Vod、奇模電流 Iod如右圖，當(dāng)偶模工作時，電壓相加，電流方向相同；當(dāng)奇模工作時，電壓相減，電流方向相反。則傳輸線方程為其中．下標(biāo)的兩個數(shù)字相同時為自電容、自電感，如下標(biāo) 12代表微帶線 1與微帶線 2之間的耦合 (這與微帶線 2與微帶線 1之間的耦合等價 )。 由于要考慮邊緣場和不同媒質(zhì)的影響，通常這些電容是不易求解的。例如，介質(zhì)表面上帶狀導(dǎo)體的電容不能根據(jù)單位長度的平板電容公式 C11=ε0εr (w/d) 計算，因為帶狀導(dǎo)體寬度 w與介質(zhì)厚度 d的比值沒有大到使平板電容公式成立的程度。此外，交叉耦合電容也難于處理、由于這些原因，通常是借助于數(shù)值計算方法求出阻抗表，如圖 。奇模、偶模特性阻抗可以用奇模、偶模電容及相應(yīng)的相速定義：如果兩個導(dǎo)體帶的尺寸相同、位置相對應(yīng)，則偶模： Ce=C11=C12奇模： Cod=C11+2C12=C22+2C12二、帶通濾波器單元如圖 ，是帶通濾波器的基木單元。該單元輸入、輸出端口的幾何結(jié)構(gòu)，開路條件以及相應(yīng)的傳輸線等效電路。對這種結(jié)構(gòu)的開路傳輸線線段，先不考慮其嚴(yán)格處理方法的細(xì)節(jié)，直接給出其阻抗矩陣參數(shù)：當(dāng)把這些基本單元級連構(gòu)成多節(jié)濾波器時、需要使每個單元的兩個端口都與下一個元件 匹配 ，稱為求解鏡像阻抗。1端口輸入阻抗：2端口輸出阻抗因 Zin=ZL，則 A=D變換成 ABCD，代入得：如圖：當(dāng)微帶長度為 λ0 /4或 β ι =п /2時，典型的帶通濾波器特性。上邊頻和下邊頻為：阻抗響應(yīng)呈周期性，故必須限制使用較高的工作頻率，以避開高頻段的寄生通帶響應(yīng)。三、級連帶通濾波器單元 前一小節(jié)討論的單個帶通濾波器單元不能提供良好的濾波器響應(yīng)及陡峭的通帶 — 阻帶過渡?？梢酝ㄟ^級連這些基本單元最終得到高性能的濾波器。圖 — 個常規(guī)的多節(jié)濾波器結(jié)構(gòu)。 為設(shè)計符合特殊要求的帶通濾波器結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行大量的計算。要將全部設(shè)計要求轉(zhuǎn)換成實際的濾波器設(shè)計。需通過下面步驟進(jìn)行 :●選擇標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)。根據(jù)需要的衰減和波紋．選定采用巴特沃斯或切比雪夫設(shè)計方法后，設(shè)計者可以從表 波器參數(shù) g0,g1,g2,…..gn+1●確定歸一化帶寬，上邊頻和下邊頻。根據(jù)濾波器特性對下邊頻 ωL和上邊頻ωU以及中心頻率 ω0=(ωL+ωU)／ 2的要求，可以確定濾波器的帶寬：計算參數(shù)：得傳輸線的奇模、偶模特性阻抗：●確定微帶線的實際尺寸。根據(jù)圖 ，可將每個奇模特性阻抗和偶模特性阻抗換算成 微帶線的實際幾何尺寸。例如，當(dāng) PcB板材料的介電系數(shù)和厚度給定后，我們可以確定 銅質(zhì)導(dǎo)體帶的間距 s和寬度 w。這個寬度通常與其他微帶線的寬度相同。所以，為獲 得 ()式要求的阻抗，導(dǎo)體帶間距就成為最常用的調(diào)整參數(shù)。如 ． 2小節(jié)指出的 每一段耦合微帶線的長度都必須是λ o／ 4。根據(jù)上述步驟可以得到初步的，但通常是不精確的設(shè)計參數(shù)，考慮到邊緣場效應(yīng)．通過對微帶線長度、寬度的修正，可以得到更準(zhǔn)確的設(shè)計參數(shù) ‘；此外，還可以使用模擬軟件進(jìn) 步精確修正、調(diào)整設(shè)計參數(shù)，以確保設(shè)計出的濾波器實際特件符合技術(shù)要求。? 借助于模擬軟件的另一個原因是；我們需要從另一個角度檢驗濾波器設(shè)計方法的正確性，并且考察幾何尺寸和介質(zhì)特性變化對濾波器性能的影響。上述參量中的大多數(shù)都很容易利用計算機來研究 *。? 完成了初步理論設(shè)計方案后，通常是利用計算機模擬來進(jìn)行實際電路布線和實驗的 c
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