电容性耦合谐振器微波带通滤波器的仿真研究

第21卷第18期 系

统 仿 真 学 报? V ol. 21 No. 18

2009年9月 Journal of System Simulation Sep., 2009

电容性耦合谐振器微波带通滤波器的仿真研究

郭云胜1,2，李跃进1，邓攀博3，邢孟江1，张 滨1

(1.西安电子科技大学微电子研究所，西安 710071；2.内蒙古科技大学理学院，包头 014010；

3.内蒙古科技大学能环学院，包头 014010)

摘 要：提出了一种以电感为变量的电容性耦合并联谐振器微波带通滤波器的设计方法，能够引入传输零点，解决了集总元件微波带通滤波器电磁仿真耗时较长的问题。按照所给方法，通过HFSS 软件设计了适用于802.11a 频段的中心频率为5.2GHZ ，带宽为500MHZ 的带通滤波器。结果表明该滤波器通带内插损小于3dB,回波损耗大于13dB ，尺寸小于3.8mm ，在未来小型化无线通信系统中有广泛的应用前景。

关键词：电感；电容耦合谐振器；集总元件；导纳变换器；带通滤波器；低温共烧陶瓷 中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2009) 18-5948-03

Simulation on Capacitive Coupled Resonator Microwave Bandpass Filter

GUO Yun-sheng 1,2, LI Yue-jin 1, DENG Pan-bo 3, XING Meng-jiang 1, ZHANG Bin 1

(1. Institute of Microelectronics, Xidian Univ., Xi’an 710071, China;

2. Mathematics and Physics School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China;

3. Energy and Environment School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

Abstract: A design method of microwave bandpass filter using capacitive coupled shunt resonator was proposed. The transmission zero can be introduced. As the inductor is a design variable, the problem that the lumped-element microwave bandpass filter spend much time on the electromagnetic simulation process is solved. According to the design approach proposed, a bandpass filter suitable for 802.11a with center frequency 5.2GHz and bandwidth 500MHZ was obtained by using the Ansoft HFSS simulator. The simulation results show that the insertion losses are less than 3dB and the return losses more than 13dB in the passband. The filter with the size less than 3.8mm shows promising application potentials in miniaturized wireless communication system.

Key words: inductor; capacitive coupled resonator; lumped-element; admittance inverter; bandpass filter; LTCC

引 言

滤波器已成为无线通信产品中的重要元件[1]

。现代无线通信技术的迅速发展，不断地对微波滤波器提出更高的要求：包括性能高、尺寸小、重量轻、成本低。与传统的分布参数元件相比，集总参数元件具有尺寸小、成本低、阻抗变换率大、寄生效应小、通频带宽等优点[2]。关于集总参数元件微波带通滤波器，报道的也比较多[3-5]。文献[3,4]利用两谐振器的电感间的互感把两谐振器耦合起来，并在输入与输出间加反馈电容引入传输零点。文献[5]利用电感与电容组成的并联电路把两谐振器耦合起来，此并联电路的谐振频率即为传输零点。文献[3-5]及现在大多数集总参数元件微波滤波器的电路的设计都源于公式(6)，而该公式是在先假定一个设计变量C (C 为谐振器的电容)的基础上推导出来的。但C 与其他电容元件(用作导纳变换器)合成后的值才出现在电路中。

在滤波器的电磁仿真过程中，文献[3-5]的做法是按照电路图中的元件值先对单个元件建模仿真，满足要求后根据整体布局把各个元件搭构起来。因为在频率较高时，各元件之

收稿日期：2008-05-10 修回日期：2008-06-27

作者简介：郭云胜(1978-), 男, 内蒙古呼和浩特人, 硕士, 助教, 研究方向为微波多芯片组件设计与建模；李跃进(1960-), 男, 教授, 研究方向为微波多芯片组件设计与建模、集成化传感器及MEMS 设计。

间以及元件对地都会有寄生效应，电感元件和电容元件需要进行反复的优化和调整，才能满足要求。因为电感一般采用平面螺旋结构，在线宽和线间距保持不变的情况下，

电感值由螺旋电感的长度决定，它的自由度是1。所以电感的优化不仅使它自身的结构发生变化，而且还要使已经布置好的整体结构做出调整，这样由于电感的优化使滤波器在电磁仿真过程中花费较长的时间。而电容是由上下两个金属极板构成的，它的自由度是2。假如在x 方向固定的情况下，我们可以对y 方向的极板长度进行优化，这样就能在保持整体结构

不变的前提下对电容进行优化和调整。可见，对电容的优化和调整要比电感简单得多。

针对上述问题，本文提出了以电感为设计变量的电容性耦合并联谐振器微波带通滤波器的设计方法，能够大大缩短滤波器电磁仿真的时间。因为一般滤波器采用二阶耦合即可达到各项指标的要求，所以本文也推导了二阶的情形。

1 理论和设计方法

1.1 无传输零点

图1为以电感为设计变量的电容性耦合并联谐振器微

波带通滤波器的电路图。电路中各元件的计算公式如下：

0123=C C (1a)

2009年9月 郭云胜，等：电容性耦合谐振器微波带通滤波器的仿真研究 Sep., 2009

12

120

J C ω=

(1b)

()0112

2201000

011R C J C L C Z ωωω=??+

(1c) 01J

12J 这里，002f ωπ=，0f 为通带的中心频率，FBW 为相对带宽，050Z =Ω。0g 、1g 、2g 为常数，与选定的滤波器的类型有关。电路图1中只出现一个电感值，从公式(1)可以看出，只要给定L ,其它元件值都可以从L 推出。这样在电磁仿真的过程中，先估计一个合适大小的电感值L ，对此电感仿真后利用其值计算其它元件值。各元件值得知后分别对其进行建模仿真，再根据电路的总体布局，把各元件模型搭构起来。对滤波器的整体结构仿真过程中，在不改变电感和整体布局的情况下只对各个电容值调整即可，大大缩短了电磁仿真所需要的时间。

1.2 0其中S C S C S L 图2 具有下边带传输零点滤波器电路图

其余值和公式(1)中的相同。为了保证该电路能够实现，应有0Z ωω<，意即该传输零点只能位于通带的下方，为下边带

传输零点。

1.3 上边带传输零点

式(2a)中，若0Z ωω>，则有0S C <，该电路无法实现。若120C <，有0S C >。实际上，图1是从图3演变而来的。图3中，虚线框内的部分为常用的导纳变换器。为了能够引入上边带传输零点，本文引入的导纳变换器如图4所示。图

4中，串臂为负电容，并臂为正电容，它符合导纳变换器的定义，简单证明如下：

若在该网络的一端接以负载0Y 时，从另一端看进去的导纳为

22

200

01

11

in C J Y j C Y Y j C Y j C

ωωωω=+

=

=+

+? 即为导纳变换器。

所以，具有上边带传输零点的滤波器的电路图与图2相

只对电路

图3 包含导纳变换器的滤波器的电路图

2009年9月 系 统 仿

真 学 报 Sep., 2009

图4 导纳变换器

2 滤波器设计与仿真

根据上述原理，本文利用Ansoft HFSS 软件设计了适用于802.11a 频段的二阶Butterworth 无传输零点的带通滤波器。Ansoft HFSS 软件基于物理模型，以有限元为主要计算方法，可以直接建立与实物尺寸一致的三维模型，而且能够

得到精度较高的结果。设计的中心频率为5.2GHZ ,3dB 相对带宽为10%，01g =，12g g ==

。此模型是根据中电十

三所的工艺参数设计的，所用介质为低温共烧陶瓷材料，介电常数为5.9，介质损耗角正切为0.002，金属为银。每层金属的厚度为0.012mm,每层介质厚度为0.0845mm 。制作电感的最小线宽和线间距为0.075mm,通孔直径为0.17mm,托盘直径为0.25mm 。由于采用集总参数法，滤波器的最终模型如图5所示，该模型的大小为3.8mm×3.0mm×0.9mm 。仿真结果如图6所示，

可以看出，该滤波器的中心频率为5.2GHZ,带宽约为500MHZ ，通带内插损小于3dB ，回波损耗大于

13dB ，带外有明显的衰减，在未来小型化无线通信系统中有广泛的应用前景。

图5 滤波器模型图

图6 滤波器仿真结果图

3 结论

与传统的以电容为设计变量的电容性耦合并联谐振器

微波带通滤波器的设计方法不同，本文提出了一种以电感为设计变量的电容性耦合并联谐振器微波带通滤波器的设计方法，这种方法的特点是用电感推出滤波器电路中其它元件值，在电磁仿真过程中保持电感值不变而只对其它电容元件进行调整，大大缩短了滤波器电磁仿真所需要的时间，对集总元件微波带通滤波器的设计与制作有重要的意义和价值。

作为对理论的验证，本文通过Ansoft HFSS 仿真软件设计了适用于802.11a 频段的中心频率为5.2GHZ ，3dB 带宽为

500MHZ 的带通滤波器。结果表明该滤波器在未来小型化无线通信系统中有广泛的应用前景。

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12

-C S /d B Freq /GHZ

可重构或可调谐微波滤波器技术

可重构或可调谐微波滤波器技术 电子可重构，或者说电调微波滤波器由于其在改善现在及未来微波系统容量中不断提高的重要性而正吸引着人们越来越多的关注来对其进行研究和开发。例如，崭露头脚的超宽带（UWB）技术要求使用很宽的无线电频谱。然而，作为资源的频谱是宝贵而有限的，因此，频谱总是被用于多种用途，这意味着当诸如UWB 无线系统这种操作受到关注时，频谱上充满着不期望的信号。在这种情况下，现存的时时处处都在发生变化的不期望的窄带无线电信号有可能会干扰UWB 系统的波段。这种问题的解决方案是在UWB 带通滤波器的通带上引入了一个可进行电切换或电调谐的狭窄的抑制带（陷波）。这种电子可重构滤波器也是宽带雷达或电子军用系统所渴望得到的。我们可以来未雨绸缪地考虑未来的认知无线电和雷达应用，可以肯定的是，可进行电子重构的微波滤波器将会在无线系统中起到一个更重要的作用。 一般来说，为了开发电子可重构滤波器，有源切换元件或调谐元件，如半导体p-i-n 和变容器二极管，射频（RF）微机电系统（MEMS）或其它基于功能性材料的元件，包括铁电体变容器，需要被集成进入无源滤波器结构中。由于微带线滤波器[1]能够便于以很小的尺寸来完成这类集成，因此，人们对于在微带线的基础上开发可调谐或可重构滤波器的兴趣日益增加[2]-[36]。这些滤波器可以分类为可调谐梳状带通滤波器[2]-[9]，射频微机电系统可调谐滤波器[10]-[15]，压电传感器（PET）可调谐滤波器[17]-[19]，可调谐高温超导（HTS）滤波器[21]-[23]，可重构UWB 滤波器[24]-25]，可调谐双频段滤波器[26]，可调谐带阻滤波器[27]-[31]，可重构/可调谐双模滤波器[32]-[36]，以及基于可切换延迟线的可重构带通滤波器。下面，我们将要介绍若干新近开发出来的典型的电子可重构微带线滤波器。 可调谐梳状滤波器 微带线梳状滤波器是开发可调谐或者说可重构带通滤波器颇受欢迎的结构[2]-[9]。图1 是一个3-极点可调谐梳状滤波器的示意图，其中每一个长度小于工作频率的四分之一波长的微带线谐振器的一端是短路相接的，另一端则加载一只变容器。在这个例子中，变容器是基于铁电体钛酸锶钡（BST）薄膜的。每一个BST 变容器的偏置网络包含有一个与变容器相串联的隔直电容器。带通滤波器的中心频率可以通过改变施加到变容器的直流偏置来进行电子调谐。

二阶带通滤波器课程设计.

一、制作一个1000Hz 的正弦波产生电路： 图1.1 正弦波产生电路 1.1 RC 桥式振荡电路 RC 桥式振荡电路如图（1.1）所示。这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。其中，R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。R3、W R 及R4组成负反馈网络，调节W R 可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。RC 串并联网络与负反馈中的R3、W R 刚好组成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大器A1的两个输入端，桥式振荡电路的名称即由此得来。 分析RC 串并联网络的选频特性，根椐正弦波振荡电路的振幅平衡条件，选择合适的放大指标，构成一个完整的振荡电路。 1.2 振荡电路的传递函数 由图（1.1）有 1111 Z R sC =+，2 2222 1Z 1R R C sC =+＝2221R sC R + 其中，1Z 、2Z 分别为图1.1中RC 串、并联网络的阻值。 得到输入与输出的传递函数： F ν(s)= 21 2 1212221121()1 sR C R R C C s R C R C R C s ++++ =12 21122111212 11111()s R C s s R C R C R C R R C C ++++ （1.1） 由式（1.1）得 21212 R R 1 C C =ω 2 1210R R 1 C C = ?ω

取1R ＝2R ＝16k Ω,12C C =＝0.01μF ，则有 1.3 振荡电路分析 就实际的频率而言，可用s j ω=替换，在0ωω=时，经RC 选频网络传输到运放同相端的电压与1o U 同相，这样，放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件。 12 2 11221212 ()12v j C R F j j C R j C R C C R R ωωωωω= ++- （1.2） 令2 12101R R C C = ω,且R R R C C C ====2121,，则式（1.2）变为 ) (31 )(00ω ωωωω-+= j j F v （1.3） 由此可得RC 串并联选频网络的幅频响应 2 002)( 31ω ωωω-+= V F （1.4） 相频响应 3 )( arctan 0ω ωωω?--=f （1.5） 由此可知，当 2 12101R R C C = =ωω，或CR f f π21 0= = 时，幅频响应的幅度为最大，即 而相频响应的相位角为零，即 这说明，当2 12101R R C C = =ωω时，输出的电压的幅度最大（当输入电压的幅 度一定，而频率可调时），并且输出电压时输入电压的1/3，同时输出电压与输入

振荡器习题解答

5-2. 图题4-10所示是实用晶体振荡线路，试画出它们的高频等效电路，并指出它们是哪 一种振荡器。晶体在电路中的作用分别是什么？ K 20K 6.5 (a) (b) 图题4-10 解：两个晶体振荡电路的高频等效电路如图4-22所示。 图(a)为并联型晶体振荡器，晶体在电路中的作用是：晶体等效为电感元件； 图(b)为串联型晶体振荡，工作在晶体的串联谐振频率上，晶体等效为短路元件。 20H μ7. H (a) (b) 图4-22 高频等效电路 补充思考题：如果将H μ7.4电感改为H μ6.0，电路有什么变化？ 图(a)中的 4.7μH 与电容330pF 并联组成一个电抗电路，其谐振频率为:MHz LC f 04.410 330107.421 2112 6 0=???= = --ππ。对于MHz 5的晶体，由于是

组成并联型晶体振荡器，在晶体工作于基波频率5MHz 时，H μ7.4与pF 330并联等效为容抗，满足三点式振荡器的相位平衡条件，即电路振荡频率于晶体的基数MHz 5。 若H μ7.4电感改为H μ6.0，则H μ6.0与pF 330并联谐振频率为： MHz LC f 32.1110 330106.021 2112 6 0=???= = --ππ。此并联回路对晶体的基频 MHz 5等效为电感，不满足be ce X X ,同电抗性质的要求，不会产生MHz 5振荡。然而对三 次谐波MHz 15来说，并联回路等效为电容，满足be ce X X ,同为电容，故振荡于三次谐波 MHz 15，称为三次泛音晶体振荡器。 5-5晶体振荡电路如图P4.12所示，试画出该电路的交流通路；若1 f 为1 1C L 的谐振频率， 2f 为22C L 的谐振频率，试分析电路能否产生自激振荡。若能振荡，指出振荡频率与1f 、2f 之间的关系。 图 P4.12 解：该电路的简化交流通路如图P4.12(s)所示，

带通滤波器的设计

目录 一．设计概述 二．设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三．设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四．所用器件 五．实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六．实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献

一．设计概述 根据允许的通过的频率范围，可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器4种。其中，带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过，其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。 在滤波器中，信号能够通过的范围成为通频带或通带，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带，通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器，通带范围内则完全平坦，对传输信号基本没有增益的衰减作用，其次，通带之外的所有频率均能被完全衰减掉，通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW，上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下，为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力，可采用固定带宽带通滤波器（如收音机的选频）。所选带宽越窄，则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围，所需要的滤波器数量就很大。因此，在很多场合，固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化，其中，参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器，经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二．设计任务及要求 1）设计任务 带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性，设计一个带宽检测电路，通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2）设计要求 （1）性能指标要求 1.输入信号：有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换，分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW

声表滤波器和声表谐振器的作用与差别(Word)

声表滤波器和声表谐振器的作用与差别 声表滤波器(通常简称SAW)主要作用原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器（Transducer）将电波的输入信号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的信号，以达到过滤不必要的信号及杂讯，提升收讯品质的目标。声表滤波器和声表谐振器被广泛应用在各种无线通讯系统、电视机、录放影机及全球卫星定位系统接收器上替代LC谐振电路，用于级间耦合和滤波。主要功用在於把杂讯滤掉，比传统的 LC 滤波器安装更简单、体积更小。其缺点是插入损耗比LC谐振电路大 晶振全称为晶体振荡器，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率晶振 经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。但是娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SRC将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给它通电，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电..的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即Q值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。 433m无线发射接收模块 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文

微波带通滤波器设计

文章编号：1009-8119（2005）12-0036-02 基于SERENADE软件的微波带通滤波器的设计和仿真 张磊夏永祥 （北京理工大学信息科学技术学院，北京 100081） 摘要论述了应用Ansoft 公司的Serenade 8.7 微波仿真软件设计微波带通滤波器的方法，并给出了优化仿真结果。试验结果表明，利用此软件的优化结果设计出的滤波器具有良好的滤波性能，而且无需调试，一致性好，适用于工程设计。 关键词带通滤波器，Ansoft, 耦合微带线 Design and Simulation of Microwave Band-pass Filter Based on SERENADE Zhang Lei Xia Yongxiang （School of Information and Science，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081） Abstract In this paper，the method of design and simulation of microwave band-pass filter based on Serenade8.7 was introduced，and one specific design and simulation is given too. Through the result of the test, we can see that the filter designed based on Serenade8.7 has very good performance and consistency. Keywords Microwave filter，Ansoft， Microstrip line 1 引言 在设计模拟电路时，对高频信号在特定频率或频段内的频率分量做加重或衰减处理是个十分重要的任务，因此，微波带通滤波器便成为现代电子系统中的一种关键部件，它的好坏直接决定系统的整体性能。微带平行耦合带通滤波器是工程上较为常见的一种微波带通滤波器，它是根据反对称原型滤波器设计的，这样构成的平行耦合滤波器是关于其中心对称的。它由N节平行耦合微带线组成，两个微带线之间通过平行耦合线进行耦合，这些耦合线的两端开路，长度在中心频率上为半个波长，这种滤波器可看作由N+1个平行耦合节组合而成，这些耦合节在中心频率上是1/4波长。它的输入、输出由微带T型接头与之相连接，输入、输出阻抗为50欧姆。具有结构简单，易于实现微波部件和系统的集成化等优点。 传统的滤波器设计计算方法比较复杂，而且工作量十分大，而由于现在软件技术的飞速发展，设计手段也变得越来越多，工作效率也越来越高。本设计就是利用ANSOFT公司的SERENADE软件来进行设计和优化。 2 设计步骤 本文所述的微波带通滤波器的设计方法主要包括两个部分： 1．将标准切比雪夫低通滤波器变换为符合要求的特定带通滤波器。 ①首先建立归一化低通切比雪夫滤波器的结构； ②利用频率变换将其低通频率特性变换为带通滤波器频率特性。 2．根据将集总参数元件变为分布参数元件的Richards变换和Kuroda规则用分布参数元件实现这些滤波器。 3 设计实例 滤波器设计要求如下。 信号带宽：1638～1658MHz。 插入损耗：小于1.5dB。 带内波动：小于±0.2dB。

二阶带通滤波器课程设计

目录 1 课程设计的目的与作用 (1) 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 (1) 2.1 设计任务 (1) 2.2 Multisim软件环境介绍 (1) 3 电路模型的建立 (2) 4 理论分析及计算 (3) 5 仿真结果分析 (4) 6 设计总结和体会 (4) 7 参考文献 (5)

1 课程设计的目的与作用 目的:根据设计任务完成对二阶带通滤波器的设计，进一步加强对模拟电子技术的理解。了解二阶带通滤波器的工作原理，掌握对二阶带通滤波器频率特性的测试方法。 带通滤波器:其作用是允许某一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。常用于抗干扰设备中，以便接收某一段频带范围内的有效信号，而消除高频段和低频段的干扰和噪声。 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 2.1 设计任务 学会使用Multisim10软件设计二阶带通滤波器的电路，使学生初步了解和掌握二阶带通滤波器的设计、调试过程及其频率特性的测试方法，能进一步巩固课堂上学到的理论知识，了解带通滤波器的工作原理。 2.2 Multisim软件环境介绍 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

(整理)带通滤波器设计

实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线

两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二

微波滤波器的设计与仿真开题报告

毕业论文开题报告 题目微波滤波器的设计与仿真 学生姓名薛新月学号 1113024098 所在院(系) 物理与电信工程学院 专业班级通信 1103 班 指导教师薛转花 2015 年 3 月 7 日

题目微波滤波器的设计与仿真 一、选题的目的及研究意义 随着科技不断进步，无线通信前所未有的融入到生活中，尤其是贴近日常应用的短距离无线数据业务更是迅猛发展。例如WLAN、WIFI、蓝牙等短距离无线的广泛应用。极大的推动了滤波器技术的发展，也对滤波器的性能提出了更高的要求。微波滤波器是现代微波中继通信、微波卫星通信、电子对抗等系统中必不可少的组成部分。微波滤波技术广泛应用于卫星通信、移动通信、雷达系统、导航系统等，可谓无处不在。微波滤波技术的发展经历了半个多世纪，可谓品种繁多，性能各异。可按频率响应特性分为低通、高通、带通、带阻；也可按网络函数分为最大平坦型、切比雪夫型、线性相位型和椭圆函数型；还可按工作模式、频带、频段等进行划分。面对现代通信系统对滤波器性能要求日趋严格，微波滤波技术朝着体积小、重量轻、低损耗、高可靠性、高温补性能等的综合性滤波器发展。 随着无线通信的个人化、宽带化，越来越需要人性化和高性能的终端设备，促使了包括滤波器在内的射频元器件的微型化和可集成化，同时也产生了各种结构和性能的射频滤波器来满足体积小、重量轻的系统要求。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 研究现状：微带滤波器在通信、信号处理、雷达等各种电路系统中具有广泛用途。随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展，对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。发达国家都在利用新材料和新技术来提高器件性能和集成度，同时，尽可能地降低成本，减小器件尺寸和降低功耗。与国外相比，我国的微带滤波器的发展还有一定的差距。 目前，国外已有相应公司在大量生产微滤波器器件，比较著名的公司有美国的DLI、TRANS-TECH、日本MURATA、英国的FILTRONIC公司等。他们生产的各种微波介质陶瓷滤波器、双工器、谐振器、介质天线等产品已用于微波基地站、手机及无绳电话等产品中，取得了显著的经济和社会效益。 发展趋势：随着现代材料科学与电子信息科学技术的交叉渗透，新材料和制造工艺技术的发展，如单片集成电路、MEMS、LTCC等工艺，极大地带动了微带和其他类型滤波器的飞速发展。全国固态化的各类片式高频、微带滤波器和中频滤波器，向着高性能、低成本、小型化、高频化等各方面飞快发展。 研究方法：微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。 工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减、通

微波滤波器的发展历史趋势及种类

微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。 微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型；根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。 发展历史： 在1937年，由W．P Mason和R．A．Sykes发表的文章中首先研究了微波滤波器，他们是利用了ABCD参数推导出了大量有用滤波器相位和衰减函数。应用映像参数方法当时主要在美国各大实验室中，例如在Mn’实验室里，他们重点研究波导滤波器，而在Harvard实验室重点研究宽带低通、带通同轴及窄带可调谐滤波器。映像参数方法的工作大多在MIT实验室由Fano和Lawson完成，他们的著作对于微波滤波器有比较清晰的介绍，甚至在40年后还有应用价值。在随后的微波滤波器理论的研究和发展过程中，许多专家和学者作出了重大的贡献。Cohn在集总元件低通滤波器原型机的基础上第一个提出了方便实用的直接耦合空腔滤波器理论。上世纪60年代，G．L．Matthaei在其专著中对微波滤波器的经典设计方法作出了较全面、系统的介绍，但主要针对最平坦型和契比雪夫型，未涉及椭圆函数型和广义契比雪夫型。70年代初，A．E．Williams和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低阶滤波器。A．E．Atia,A．E．Williams和R．W．Newcomb对交叉耦合合展开研究，总结出传输零点对称分布时的偶模网络和相应的偶模矩阵的综合方法。Levy建立了集总和分布原型的元件公式间的联系，给出了推导原型元件的简单而准确的公式；Rhode建立起了线性相位滤波器理论。1999年Richard J．Cameron把广义契比雪夫滤波器的传输零点由实数扩展到复数，从而将传输零点和时延结合起来研究，提出用循环递归的方法构成广义契比雪夫的传输和反射函数多项式，根据导纳矩阵和部分分式展开求取留数，再利用施密特正交变换的方法综合耦合矩阵，其矩阵综合和消零计算量较大。如何将不可实现或不是最简的耦合元素消零成为研究热点，但目前国际上主要采用相似变换(矩阵旋转)尽可能多地消去非零元。这一系列贡献，都可以说是微波滤波器发展史上的重大突破。

IIR数字带通滤波器设计

课 程 设 计 报 告 课程名称： 数字带通滤波器设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 报告成绩： IIR 数字带通滤波器的设计

1课程设计目的 1掌握冲激响应不变法IIR 低通滤波器的设计。 2 通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器的原理与方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真方法，并能够对设计结果加以分析。 2.课程设计要求 采用双线性变换法设计一IIR 数字带通滤波器，抽样频率为 1s f kH z =，性能 要求为：通带范围从250Hz 到400Hz ，在此两频率处衰减不大于3dB , 在150Hz 和480Hz 频率处衰减不小于20dB ，采用巴特沃思型滤波器 3.设计原理 3.1用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 脉冲响应不变法的主要缺点是产生频率响应的混叠失真。这是因为从S 平面到Ｚ平面是多值的映射关系所造成的。为了克服这一缺点，可以采用非线性频率压缩方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到-π/T ～π/T 之间，再用st e z =转 换到Z 平面上。也就是说，第一步先将整个S 平面压缩映射到S 1平面的-π/T ～π/T 一条横带里；第二步再通过标准变换关系z =e s 1T 将此横带变换到整个Z 平面上去。这样就使S 平面与Z 平面建立了一一对应的单值关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象，映射关系如图1-3所示。 图1双线性变换的映射关系 为了将s 平面的整个虚轴 Ω j 压缩到1s 平面1Ωj 轴上的-π/T 到π/T 段上， Z 平面 S 1 平面 S 平面

有源带通滤波器设计

二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。 关键字：带通滤波器 LM324 RC网络

目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)

微波滤波器的设计及实例

滤波器（Filter ） （一）滤波器之种类 以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为「低通」（Lowpass）、「高通」（Highpass）、「带通」（Bandpass）及「带阻」（Bandstop）四种。 若以滤波器原型之频率响应来分，则常见有「巴特沃斯型」（Butter-worth）、「切比雪夫I型」（Tchebeshev Type-I）、「切比雪夫II 型」（等几类。 Active）及「被动型」（Passive)型」（L-C Lumped）及「传输线型」（ （Interdigital）、「梳型」（）及「发针型」 ）、「柴比雪夫I 型」（

（二）「低通滤波器」设计方法 (A)「巴特沃斯型」（Butterworth Lowpass Filter） 步骤一：决定规格。 电路特性阻抗（Impedance）: Zo (ohm) 通带截止频率（Cutoff Frequency）: fc (Hz) ）: Ap (dB) ）：Ax(dB) ≥ N ）。 1 、 1g1 = = + n g N K N K g K ,...., 2,1 , 2 )1 2 ( sin 2= - ? = π 步骤四：先选择「串L并C型」或「并C串L型」，再依公式计算实际电感电容值。 （a）「串L并C型」 Zo f g C f Zo g L c even even C odd odd? = ? = π π2 , 2 （b）「并C串L型」 c even even C odd odd f Zo g L Zo f g c π π2 , 2 ? = ? =

（B）「切比雪夫I型」（Tchebyshev Type-I Lowpass Filter） 步骤一：决定规格。 电路阻抗（Impedance）: Zo (ohm) 通带截止频率（Cutoff Frequency）: fc (Hz) 阻带起始频率（Stopband Frequency）: fx (Hz) 通带涟波量（Maximum Ripple at passband）: rp (dB) ：Ax(dB) N≥ 1 10 10 10 / 10 / 2 - =- rp Ax N 步骤三：计算原型组件值（Prototype Element Values，g K）。 N K B g A A g A g K K K K K ,..., 3,2 , 4 2 1 1 2 1 1 1 = ? = = - - - α γ α 其中 N K ( sin B N ,..., 2,1 K , N 2 )1 K 2( sin A N 2 sinh , 37 . 17 rp coth ln 1 cosh N 1 cosh 2 2 K K 1 π + γ = = π - = β = γ ? ? ? ? ? ? = β ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ε = α-

基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告.doc

基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告1 西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告 专业班级08级电子信息工程1班 题目基于MATLAB的数字带通滤波器 学号 学生姓名 指导教师 2011 年12 月 西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名_______专业班级________ 学号______ 指导教师______ 职称副教授教研室电子信息工程课程数字信号处理题目 基于MATLAB 的数字带通滤波器设计任务与要求 设计任务：

要求设计一个IIR 带通滤波器，其中通带的中心频率为πω5.0=po ，通 带的截止频率πω4.01=p ，πω6.02=p ，通带最大衰减dB p 3=α；阻带最小 衰减dB s 15=α，阻带截止频率πω3.01=s ，πω7.02=s 。 设计要求： 1. 根据设计任务要求给出实现方案及实现过程。 2. 给出所实现的滤波器幅频特性及相频特性曲线并加以分析。 3. 论文要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。 开始日期2011.12.19 完成日期2011.12.30 2011年12月18 日 一、设计任务 设计一数字带通滤波器，用IIR 来实现，其主要技术指标： 通带边缘频率：wp 1=0.4π，wp2=0.6π 通带最大衰减：Ap=3dB 阻带边缘频率：ws 1=0.3π，ws2=0.7π 阻带最小衰减：As=15dB 设计总体要求：用MATLAB 语言编程进行设计，给出IIR 数字滤波器 的参数，给出幅度和相位响应曲线，对IIR 实现形式和特点等方面进行讨

论。 二、设计方法 IIR 数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配，所以 IIR 滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。比较常用的原型滤波器有巴特沃什滤波器（Butterworth ）、切比雪夫滤波 器（Chebyshev ）、椭圆滤波器（Ellipse ）和贝塞尔滤波器（Bessel ）等。他们有各自的特点，巴特沃什滤波器具有单调下降的幅频特性；切比雪夫 滤波器的幅频特性在通带和阻带里有波动，可以提高选择性；贝塞尔滤波 器通带内有较好的线性相位特性；椭圆滤波器的选择性最好。本设计IIR 数字滤波器采用巴特沃什滤波器[3]。 设计巴特沃什数字滤波器时，首先应根据参数要求设计出相应的模拟 滤波器，其步骤如下： （1）由模拟滤波器的设计指标wp ，ws ，Ap ，As 和式（1）确定滤波器 阶数N 。 )lg(2)110110lg(1.01.0w w s p As Ap N --≥ （1） （2）由式（2）确定wc 。

石英晶体谐振器基本知识介绍

石英晶体谐振器基本知识介绍 1、石英晶体谐振器简介 石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。在有线通讯、无线通讯、广播电视、卫星通讯、电子测量仪器、微机处理、数字仪表、钟表等各种军用和民用产品中得到了日益广泛的应用。我公司的石英晶体谐振器不仅广泛应用于国家重点军事及航天工程中，也为“神舟”系列飞船及其运载火箭进行了多次成功配套。 2、石英晶体谐振器名词术语 1) 标称频率：晶体元件技术规范中规定的频率，通常标识在产品外壳上，它与晶体元件的实际工作频率有一定的差值。 2) 工作频率：晶体元件与其电路一起产生的振荡频率。 3) 调整频差：在规定条件下，基准温度（25℃±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的最大偏差。 4) 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25℃±2℃）时工作频率的允许最大偏差。 5) 温度总频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于标称频率的允许最大偏差。 6) 等效电阻（ESR，Rr，R1）：又称谐振电阻。在规定条件下，石英晶体谐振器不串联负载电容在谐振频率时的电阻。 7) 负载谐振电阻（RL）：在规定条件下，石英晶体谐振器和负载电容串联后在谐振频率时的电阻。 8) 静电容（C0）：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容。 9) 负载电容（C L）：从石英晶体谐振器插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡器加给石英晶体谐振器的负载电容。负载电容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF。负载电容与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容，一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。产品说明书中规定的负载电容既是一个测试条件，也是一个使用条件，这个值可以根据具体情况作适当调整，负载电容太大时杂散电容影响减少，但微调率下降；负载电容小时、微调率增加，但杂散电容影响增加，负载电阻增加，甚至起振困难。负载电容标为∞即为串联谐振。10) 频率牵引灵敏度（Ts）：为相对频率牵引范围对负载电容的变化率，即负载电容变化1pF时频率的相对变化值，它反映改变负载电容时引起频率变化的灵敏度，也称频率可调性。 11) 激励电平：为石英晶体谐振器工作时消耗的有效功率。常用标准有0.1、0.3、0.5、1、2mW，产品说明书中每种产品规定的激励电平值是一个测试条件，也是一个使用条件，实际使用中激励电平可以适当调整。激励强，容易起振，但频率老化加大。激励太强甚至使石英片破裂，降低激励，频率老化可以改善，但激励太弱时频率瞬间变差，甚至不易起振。

带通滤波电路设计

带通滤波电路设计一．设计要求 （1）信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间； （2）滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内，而在 范围内； 100 Hz至10 kHz滤波 （3）在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ，而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二．电路组成原理 由图（ 1）所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较， 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图（2），可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图（ 1） 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L

│A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图（ 2） 三．电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路，在通带内我们设计为单位增益。根据题意，在频率低端f=10HZ 时，幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时，幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ，有源器件仍选择运放 LF142，将这两个滤波电路串联如图所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ，因此，由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益（Avf1 ） 2=（ 1.586 ）2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。

介质滤波器技术总结

TE01δ模式介质谐振滤波器技术总结 一、前言 由于通信技术的发展，低费用、更有效、更好品质的无线通信系统而需要高性能,小体积和低损耗滤波器。所以介质滤波器，腔体介质谐振滤波器的研究与开发，是今后滤波器发展的重点所在。 1.1 介质谐振器的工作原理 电磁壁理论 理想的导体壁（电磁率为零）在电磁理论中称为电壁，在电壁上，电场的切向分量为零，磁场的法向分量为零。电磁波入射到电壁上，将会完全反射回来，没有透射波穿透电壁。因此，用电壁围成一个封闭腔，一旦有适当频率的电磁波馈入，波将在腔的电壁上来回反射，在腔内形成电磁驻波，发生电磁谐振。此时即使外部停止向腔内馈送能量，已建立起来的电磁振荡仍将无衰减维持下去。可见电壁空腔是一种谐振器，电磁能量按一定频率在其中振荡。当然，非理想导体壁构成的空腔，也具有电壁空腔的类似特性，只不过外部停止馈送能量后，起内部已建立起来的电磁振荡，不会长期地维持下去，将随时间而逐渐衰减，终于消逝，成为阻尼振荡。谐振器中电磁振荡维持的时间的长短（时间常数）是其Q 值高低的一种度量。 高介电常数的介质的界面能使电磁波发生完全的或者近似完全的反射。当然，这两类的界面性质不同，其对电磁波的反射特性也不尽相同。电磁波在导体壁上的电场切向分量为零，故入射波与反射波的电场切向分量相消，仅有法向分量，因为合成场的电力线垂直导体表面，亦即垂直电壁；而在高介电常数的介质

界面上，磁场的切向分量近似为零，入射波与反射波的磁场切向分量近似相消，合成场的磁力线近似垂直于介质界面。在电磁场理论中，垂直于磁力线的壁称为磁壁，故高介电常数的介质表面可以近似看为磁壁，只有时，才是真正的磁壁。在磁壁上，磁场切向分量为零，电场法向分量为零，它与电壁对偶。既然电壁所构成的空腔可以作为微波谐振器，显然，磁壁周围的介质块可以近似是个磁谐振器，电磁能量在介质块内振荡，不会穿过磁壁泄露到空气里。 介质波导理论 若将一个介质棒变成一个环，令其首尾相连接，并使连接处电磁波有相同相位，该电磁波就能在环内循环传输，成为一个行波环。如果介质损耗非常小，循环时间就很长，于是电磁波被“禁锢”在介质环内，成为一个环形介质谐振器。介质环的最小平均周长，应该是被导波的一个波导波长。上述的谐振条件并未对介质环的形状加以任何限制，所以环可以是圆的，方的或者其他任意形状。此外，环的内径大小对谐振来说也不是实质性的，内径缩小至零，照样能维持谐振，储存电磁能量。 最常用的介质谐振器的形状有矩形，圆柱形和圆环形三种，前两种用的更普遍。矩形介质谐振器的工作模式主模是TE11d模，圆柱形的有TE01d模。图中就是两种谐振器的振荡模式。

微波射频滤波器归类

摘要：按微波滤波器的传输线的种类进行了分类，并按照这种分类方法对各种微波滤波器的性能指标、设计方法进行了详细的介绍。 关键词：微波滤波器；性能指标；设计方法 前言：随着现代微波通信,尤其是卫星通信和移动通信的发展,系统对通道的选择性越来越高,这对微波滤波器的设计提出了更高的要求,而微波滤波器作为通信系统中的重要部分,其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。 微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。 微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型；根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。本文是按照传输线的分类来对各种微波滤波器的主要特性进行详尽的分析。 一、微带滤波器 主要性能指标： 频率范围：500MHz～6GHz 带宽：10%～30% 插入损耗：5dB(随带宽不同而不同) 输入输出形式：SMA、N、L16等 输入输出驻波:1.8:1 微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。 半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依次摆开，