【正文】 感謝西安電子科技大學(xué)提供了很好的學(xué)習(xí)和生活條件。從論文的開題到最終完成，她都給予了極大的關(guān)懷和幫助，并提出了寶貴的意見。 （ 3）完成濾波器的兩種仿真，并和實(shí)際要求的濾波器的指標(biāo)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了方法的有效性。因此，在制作電容器寄生電感量不能忽略的頻段中的濾波器時(shí)，如果想要得到接近于仿真特性的 濾波器特性，就要使含有電容器寄生電感的 LC 并聯(lián)諧振電路的諧振頻率準(zhǔn)確地與幾何中心頻率相重合。會產(chǎn)生出入的原因主要是在 500MHz 這樣高的頻率下，電容器的寄生電感是不能忽略的。此外在使用波特第四章 濾波器的仿真 35 圖儀時(shí)，必須在電路的輸入端接入 AC（交流）信號源，但對其信號頻率的設(shè)定并無特殊要求，頻率測量的范圍由波特圖儀的參數(shù)設(shè)置決定。 (4)波特圖儀 波特圖儀類似于實(shí)驗(yàn)室的掃頻儀，可以用來測量和顯示電路的幅度頻率特性和相位頻率特性。 或者用鼠標(biāo)將導(dǎo)線的端點(diǎn)拖拽離開它與元件的連接點(diǎn)。 說明： ① 元器件各種特性參數(shù)的設(shè)置可通過雙擊元器件彈出的對話框進(jìn)行； ② 編號（ Reference ID）通常由系統(tǒng)自動分配，必要時(shí)可以修改，但必須保證編號的唯一性； ③ 故障（ Fault）選項(xiàng)可供人為設(shè)置元器件的隱含故障，包括開路（ Open）、短路（ Short） 漏電（ Leakage）、無故 障（ None）等設(shè)置。 電路 的創(chuàng)建 (1)元器件操作 元件選用：打開元件庫欄，移動鼠標(biāo)到需要的元件圖形上，按下左鍵，將元LC 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與性能仿真 34 件符號拖拽到工作區(qū) 。因此 IIT公司從 ，將專用于電路級仿真與設(shè)計(jì)的模塊干脆更免為 multiSIM，意有萬能仿真之功能。通過菜單選項(xiàng) analysis 可以在特性區(qū)看到所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng) 。例如設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，可以定義 wstop1（頻率 fstop1處的幅值衰減）、 wpass（通帶范圍內(nèi)的幅值衰減）、 wstop2（頻率 fstop2處的幅值衰減）。 frenquency specifications選項(xiàng)，可以詳細(xì)定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率 fsLC 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與性能仿真 32 和頻帶的截止頻率。 design filter部分主要分為 [5]： filter type（濾波器類型）選項(xiàng)，包括 lowpass（低通）、 highpass（高通）、 bandpass（帶通）、 bandstop（帶阻）和特殊的 fir濾波器。 analysis tool） 是 matlab信號處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計(jì)分析工具 ， （ filter design toolbox） 。變換時(shí)所要用到的兩個(gè)比值 M和 K 通過公式 (312)和 (315)分別計(jì)算如下 : LC 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與性能仿真 30 6912 10 1050 1MHzMHzK???? ? ? ??? ? ??待 設(shè) 計(jì) 濾 波 器 的 等 起 伏 帶 寬 截 止 頻 率基 準(zhǔn) 濾 波 器 的 等 起 伏 帶 寬 截 止 頻 率待 設(shè) 計(jì) 濾 波 器 的 特 征 阻 抗基 準(zhǔn) 濾 波 器 的 特 征 阻 抗 由式 (313)(314)(316)(317)聯(lián)合可知： 0//O LDO LDO LDL L K MC C M KR R R????式 （ 344 ）（ ） 式 （ 345 ）式 （ 346 ） 因此 , L1= C2=, L3= C4= R0=50Ω R5= (5)變換至帶通 由于 ω0=2π?0= 109由圖 所示的 ?型和 П型可得到 ： L11=L1= C11=1/(ω02L1)= C22=C2= L22=1/(ω02C2)= L33=L3= C33=1/(ω02L3)= pF C44=C4= L44=1/(ω02C4)= 最終設(shè)計(jì)的圖如圖 所示。2( ) 5 5 5 .2 1 4 5 0 1 0 5 .2 1( ) 5 5 0 4 5 4 .2 6 9 5 .7 4s s ss s sf f f MHzf f f MHz? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 因此應(yīng)選取 MHz?? 通帶寬帶為 210512 .5 487 .5 2525 f f f M H zfaf? ? ? ? ? ??? ? ? 以 Δ?s 和 Δ?的值代入式 (341),得 21219 5 .7 4 3 .8 325ss ss ff ff f f? ?? ? ? ? ??? 根據(jù)切比雪夫?yàn)V波器的階 數(shù)計(jì)算公式（ 310），得 11 40 1c osh ( 10 1 / 10 1)c oshc osh ( 10 1 / 10 1) c osh ps AAsn??? ? ?????????? 因此應(yīng)選取階數(shù) n=4 (3)實(shí)際通帶帶寬 如果在阻帶帶寬 Δ?s= 上，滿足 A=As=40dB,則當(dāng) n=4 時(shí)，實(shí)際的 Ωs可按公式 212c o s h ( c o s h )1 0 l g [1 ]1 ss nA ??? ??? ? 計(jì)算。 (1)濾波器指標(biāo)： 要求具有切比雪夫響應(yīng) 中心頻率： ?0=500MHz 帶寬： BW=25MHz(5% ?0) 帶內(nèi)波紋： 特征阻抗： 50Ω 帶外衰減： 40dB450MHz,40dB550MHz (2)求 Ωs 和階數(shù) n 通帶中心頻率 ?0： 0 1 2 4 8 7 . 5 5 1 2 . 5 4 9 9 . 8 4f f f M H z? ? ? ? ?s1和 ?s2的幾何對稱頻率 ?’s1和 ?’s2： LC 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與性能仿真 28 12212 239。 實(shí)際應(yīng)用 由于濾波器的設(shè)計(jì)經(jīng)常被人們用到，因此很多出色的工程師們把一些復(fù)雜的運(yùn)算過程都按照一定的規(guī)律整理成了圖表，以便下次遇到時(shí)可以拿來用，使設(shè)計(jì)變得簡單。00ssssffff??和 式 （ 342 ） 由此可得到兩個(gè)不同的阻帶邊界帶寬： 2 1 2 139。然后根據(jù)元件值的變換關(guān)系，可得到帶通的元件值。 歸納上述，一個(gè)帶通濾波器可以按照以下的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。 由式 (320)，可得 12221 ( )221 ( ) ( 3 29 )22ssssssaaaa b????? ? ???? ? ? ?式 （ 329a ）式 由此可得 LC 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與性能仿真 24 122112212001 ( 3 30 )( 3 30 )( 3 31 )( 3 31 )sss s ssssssaabaab????? ? ??????? ? ? ????? ? ?式式或式式 由式 (331a)， ω0也是阻帶上限和下限頻率 177。β s1 和 177。當(dāng) Ω =177。β 1， 177?？梢钥闯?， β =1（ ω=ω0）為帶通的通帶中心頻率。 下面介紹從低通到帶通的變換過程。因此要設(shè)計(jì) LC 帶通濾波器，只要把前面設(shè)計(jì)的歸一 化低通原型通過頻率變換就能夠?qū)崿F(xiàn)。 ()()()()( 3 12 )( 3 13 )( 3 14 )O L DN EWO L DN EWMLLMCCM????待 設(shè) 計(jì) 濾 波 器 的 等 起 伏 帶 寬 截 止 頻 率 式基 準(zhǔn) 濾 波 器 的 等 起 伏 帶 寬 截 止 頻 率式式 實(shí)現(xiàn)特征阻抗變換的步驟是先求出待設(shè)計(jì)濾波器特征阻抗與基準(zhǔn)濾波器特征阻抗的比值 K，并把經(jīng)過截止頻率變換后所得到的濾波器各電感元件值乘以 K，把LC 帶通濾波器的設(shè)計(jì)與性能仿真 20 各電容元件值除以 K。也就是說，把能夠得到等波紋起伏的頻帶寬度作為歸一化截止頻率 1/(2π)Hz。另外，規(guī)定在某一頻率 Ωs1(ωsωp)上，衰減 不得不小于 As。高頻降落是每十倍頻程 20dB。 根據(jù)式 (31)和切比雪夫多項(xiàng)式的性質(zhì)， n 階歸一化低通切比雪夫?yàn)V波器具有下列基本特征 [4]： 切比雪夫特性 (一 )：對于 |ω|≤1， |H(jω)|2在 1/(1+ε2)和 1 之間波動。 本文主要研究具有切比雪夫響應(yīng)的 LC 帶通濾波器，因此只對切比雪夫帶通濾波器的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行說明，如果想進(jìn)行其他類型濾波器的設(shè)計(jì)，可以參見其他經(jīng)典的濾波器設(shè)計(jì)書籍。當(dāng)用于除去信號中含有的高的固定頻率的噪聲時(shí)，如果使陷波對噪聲頻率調(diào)諧，就可以以少的階數(shù)實(shí)現(xiàn)有效的濾波。 橢圓特性 橢圓函數(shù)型濾波器的特點(diǎn)則是通帶內(nèi)和阻帶內(nèi)都有等波紋起伏。 貝塞爾特性 貝塞爾濾波器的特征是群延遲特性沒有波動，因此對方波的階躍響應(yīng)過程中不產(chǎn)生上沖和波動。波動越大，得到的截止特性越陡峭。巴特沃斯濾波器的衰減特性和相位特性都相當(dāng)好，對構(gòu)成濾波器的器件的要求也不甚嚴(yán)格，易于 得到符合設(shè)計(jì)值的特性。 巴特沃斯特性 巴特沃斯特性也叫最平坦型特性，是低通濾波器等濾波器中使用最多的特性。于是，便有了根據(jù)各種不同應(yīng)用目的而形成的不同類型的濾波器。也就是說，實(shí)際濾波器對信號的衰減 t 是以截止頻率?c。 理想帶阻濾波器的特性如圖 所示，它正好與理想帶通濾波器相反。它能夠讓從零頻（即直流）到截止頻率 ?c之間的所有信號都沒有任何損失地通過，而讓高于截止頻率 ?c的所有信號毫無遺留地喪失殆盡。也就是說，濾波器的名稱一般包括函數(shù)名稱和過濾特性兩部分。 第四章，對設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行了仿真，并與實(shí)際要求的濾波器的 指標(biāo)進(jìn)行了對比，驗(yàn)證方法的有效性。 LC 帶通濾波器設(shè)計(jì)與性能仿真 8 論文章節(jié)安排 第一章，簡要的介紹了濾波器的概念和種類，并對本文主要研究的 LC濾波器的進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。 對于數(shù)字濾波器有待研究的課題有：系數(shù)靈敏度；舍入噪聲和極限環(huán)；多維逆歸濾波器的穩(wěn)定性；各種硬件和軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的研究等等。 MTI 雷達(dá)中抑制具有卜勒頻移的雜波干擾；數(shù)字通信網(wǎng)與模擬通信網(wǎng)之間多路 TDM/FDM 信號變換復(fù)接等等。它在雷達(dá)和聲納的波束形成、緩變噪聲干擾的抑制、噪聲信號的處理、通信信道的自適應(yīng)均衡、遠(yuǎn)距離電話的回聲抵消等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。聲表面波濾波器是電子學(xué)和聲學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，而且可以集成。一些新型的濾波器也相應(yīng)誕生，下面介紹幾種新型的濾波器。根據(jù)矢野經(jīng)濟(jì)研究所調(diào)查 1999 年度全球各廠商生產(chǎn)濾波器的相關(guān)資料顯示，在 RF SAW 濾波器生產(chǎn)量方面，全球市場占有率最大者為 EPCOS， 約 %，在 IF SAW 濾波器方面，也同樣由 EPCOS 拔得頭籌，占有率為 %，至于在 MCF 方面，則是由東洋通信機(jī)取得領(lǐng)先的地位，約%。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)應(yīng)用等方面已有一定進(jìn)步，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際水平有一段距離。 80 年代致力于各類新型濾波器性能提高的研究并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 濾波器的發(fā)展?fàn)顩r 1917 年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。 另外，在 LC 濾波器中， L（線圈）的價(jià)格比 C（電容器）高，而且體積比較大，所以往往選用 L 數(shù)目少的電路結(jié)構(gòu)。另外，如果是階數(shù)較低的低通濾波器或高通濾波器，也可以用市面上出售的標(biāo)準(zhǔn)品 —— 微型電感進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)。也就是說，不能使用標(biāo)準(zhǔn)元件，所用的元件是特別訂制的。插損一般為2— 12dB。今天，它仍然被廣泛應(yīng)用于電信技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域 中?；蛘哒f，把輸入信號變成一定的輸出信號，從而達(dá)到改變信號頻譜的目的。 隨著微電子的迅速發(fā)展，促進(jìn)了濾波器的小型化發(fā)展，因此出現(xiàn)了利用硅片運(yùn)算放大器和薄膜或厚膜 RC 元件制成的高性能的有源濾波器。 ④ 機(jī)電濾波器：由機(jī)械諧振器制成。 ② 微波濾波器：一般用于頻率在 300MHz 以上的濾波器實(shí)現(xiàn)，由微波無源器件組成，如傳輸線組件、偶合傳輸線、諧振器和諧振腔，它們不需要電源。 無源濾波器主要包括以下各種： ① LC 濾波器：由電感和電容這兩種集中參數(shù)元件組成。 在一個(gè)諧振體中，用來標(biāo)志能量交換效率的一個(gè)參數(shù)為品質(zhì)因數(shù)或 Q 值。 在無源濾波器中，所使用的是無源元件。 ● 帶通濾波器：它的通帶限定在兩個(gè)有限頻率 ?1 與 ?2 之間，通帶兩側(cè)都有阻帶。 濾波器簡介 濾波器的概念 濾波器 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路 ，它對某一個(gè)或幾個(gè)頻率范圍內(nèi)的電信號給以很小的衰減， 允許 這 一部分頻率的信號順利的通過，而 對 另外一部分頻率的信號給以很大的衰減，使這部分信號