射頻濾波器設計ppt課件(參考版)
2025-05-15 08:14本頁面
【正文】 ? 完成了初步理論設計方案后，通常是利用計算機模擬來進行實際電路布線和實驗的 c。? 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計方法的正確性，并且考察幾何尺寸和介質特性變化對濾波器性能的影響。根據(jù)上述步驟可以得到初步的，但通常是不精確的設計參數(shù)，考慮到邊緣場效應．通過對微帶線長度、寬度的修正，可以得到更準確的設計參數(shù) ‘；此外，還可以使用模擬軟件進 所以，為獲 得 ()式要求的阻抗，導體帶間距就成為最常用的調整參數(shù)。例如，當 PcB板材料的介電系數(shù)和厚度給定后，我們可以確定 銅質導體帶的間距 s和寬度 w。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。需通過下面步驟進行 :●選擇標準低通濾波器參數(shù)。 為設計符合特殊要求的帶通濾波器結構，需要進行大量的計算?？梢酝ㄟ^級連這些基本單元最終得到高性能的濾波器。上邊頻和下邊頻為：阻抗響應呈周期性，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。對這種結構的開路傳輸線線段，先不考慮其嚴格處理方法的細節(jié)，直接給出其阻抗矩陣參數(shù)：當把這些基本單元級連構成多節(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。奇模、偶模特性阻抗可以用奇模、偶模電容及相應的相速定義：如果兩個導體帶的尺寸相同、位置相對應，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。例如，介質表面上帶狀導體的電容不能根據(jù)單位長度的平板電容公式 C11=ε0εr (w/d) 計算，因為帶狀導體寬度 w與介質厚度 d的比值沒有大到使平板電容公式成立的程度。則傳輸線方程為其中．下標的兩個數(shù)字相同時為自電容、自電感，如下標 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 )。圖、電感耦合效應的電路原理圖。這種結構包括介質厚度為 d，介電系數(shù)為 εr的介質層以及附著在介質層的兩條相距為 s的微帶線。級連這些耦合微帶線元件可得到帶通濾波器結構，這種結構可用射頻電路模擬軟件來分析、設計。 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生的耦合效應，這種效應導致了奇模特性阻抗和偶模特性阻抗。例如，對于下邊點 ωL，有：相應于歸一化低通濾波器的截止頻率點 Ω =1。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，正好符合阻帶設計要求。特別重要的是、在設計帶阻濾波器時，分別對應于電路的串聯(lián)或并聯(lián)連接方式，中心頻率點必須有最大或最小阻抗。設計一個輸入、輸出阻抗為 50Ω 的最大平滑三階帶阻濾波器，設計參數(shù)如下：中心頻率 4GHz，帶寬 50％，仍然假設電磁波在介質中的相速度為光速的 60％。由圖可見．通帶內的波紋在截止頻率 3GHz以下沒有超過 o． 5dB。對圖 應用 Kuroda規(guī)則，則可得到如圖 、真正能夠實現(xiàn)的濾波器設計結果 濾波器的實現(xiàn) 步驟 4： 反歸一化過程包括了將單位元件的輸入、輸出阻抗變成 50Ω 的比例變換以及根據(jù) ()計算短線的長度。如果要把它們變換成并聯(lián)形式，還必須再配置兩個單位元件，如圖 。因為單位元件與信號源及負載的阻抗都是匹配的，所以引入它們并不影響濾波器的特性；對第一個并聯(lián)短線和最后— 個并聯(lián)短線應用 Kuroda規(guī)則后的結果如圖 示。由于這是一個四階濾波器，我們必須配置總共四個單位元件以便將所有串聯(lián)短路線段變換成并聯(lián)開路線段。 步驟 1： 根據(jù)圖 ，濾波器的階數(shù)必須為 N＝ 5，其他參數(shù)為： g1==g5,g2==g4,g3=,g6= 歸一化低通濾波器如圖 。設電磁波在介質中的相速度為光速的 60％。 4．反歸一化并選擇等效微帶線 (長度．寬度以及介電系數(shù) )。 2．用 λ0 ／ 8傳輸線替換電感和電容。帶阻濾波器設計需要特別注意集總參數(shù)元件到分布參數(shù)元件的變換。? 為了方便各種傳輸線結構之間的相互變換， Kuroda提出了四個規(guī)則 (見表 )*注意表中的電感和電容都是用 Richards變換表示的 濾波器的實現(xiàn) 濾波器的實現(xiàn)三、 微帶線濾波器的設計實例 下面以兩個例子說明低通和帶阻濾波器的設計。單位元件的電長度為 θ =п /4 (f／ fo)，特性阻抗為 ZUE，單位元件可以視為兩端口網(wǎng)絡，根據(jù)第 4章的知識可以求出其 ABCD參量表達式。如果要得到電感性響應，頻率必須限制在 o≤f ≤ 2f0區(qū)間；由于這種變換的周期性特征，此類濾波器的頻率響應不可能是寬帶的。不過，選用 λ0／ 8比較方便．因為，由此設計的實際電路尺寸較小，且標準低通濾波器的截止頻率點沒有發(fā)生變化 (即對于f=f0=fc,S=j1)，但是后面章節(jié)遇到的帶阻濾波器，它的衰減特性需要用 λ0／ 4的傳輸線來實現(xiàn)。電容性集總參數(shù)元件的功能也可以用一段開路傳輸線實現(xiàn) 濾波器的實現(xiàn) 濾波器的實現(xiàn) Richards變換可以用特性阻抗 Z0=L的 — 段短路傳輸線替代集總參數(shù)電感，也可以用特性阻抗 Zo＝ 1／ C的一段開路傳輸線替代集總參數(shù)電容。如果傳輸線的長度為 λ 0/8，而相應的工作頻率 f0=vp/ λ0。 為了實現(xiàn)電路設計從集總參數(shù)到分布參數(shù)的變換， Richards提出了一種獨特的變換，這種變換可以將一段開路或短路傳輸線等效于分布的電感或電容元件。工作頻率超過 500MHz的濾波器的實現(xiàn)必須將集總參數(shù)元件變換為分布參數(shù)元件。特定濾波器的實現(xiàn)特定濾波器的實現(xiàn)圖 和衰減曲線。這需要用實際電阻 RG倍乘所有濾波器參數(shù)，即：
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