射频滤波器的设计与仿真毕业设计(编辑修改稿)

射频滤波器的设计与仿真毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

分的功率，即负载功率 LP ，因此可以得到： 第 6 页 LP ≤ AP 如果滤波器无损耗，则 LP = AP ；如果输入端又无反射， RP =0，则 LP =inP。 11s 和 21s 用分贝（ dB）表示如下： BPPILL dlg10 in  BPPRL dlg10 inR  再由电压的关系分析，假设 nV (n=1,2）表示入射到 n 端口的电压波振幅，nV (n=1,2）表示经过 n 端口反射的电压波振幅。 则通过入射的电压波和反射电压波的关系就可得出散射矩阵或【 S】矩阵： iiS 表示当所有端口接匹配负载时从 i 端口看去的反射系数； ijS 则为当所有端口连接匹配负载时从 端口 j 到端口 i 的传输系数。 假设端口 2 接匹配负载，则 incP 和 LP 分别表示端口 1 和端口 2 的功率，与端口电压成平方关系，插入损耗 IL 是 21S 的分贝表示形式。 反射系数 就是 11S ，回波损耗也就是 11S 的 dB 表示形式。 滤波器 的综合设计和分析方法 综合设计方法 滤波器的综合设计方式有插入损耗法和镜像参量法两种。 插入损耗的方法是使用一个系统的集成实现频率响应方法 ,所以它可以控制 第 7 页 在通带和阻带相位和振幅特征 ,设计一个完整的滤波器频率响应。 起始的归一化频率和阻抗低通滤波器原型 ,通过转换 ,将其转换为所需的滤波 器 ,而且还简化了设计程度。 镜参数方法是一种 ABCD 参数基于两端口网络分析方法的过滤输入 /输入。 主要是通过比较容易的级联两个滤波器 ,从而达到需要的衰减特性和截止频率 ,但是它不提供全部工作频率范围内的频率响应的具体属性。 其中 ,插入损耗法便是最常见的现代滤波器设计的方式。 综合方法如图（ ）所示： 图（ ） 分析方法 滤波器常用分析方法有：微波网络理论、微带线理论、腔体理论、有限元法（ FEM）、矩量法（ MoM）以及时域有限差分 法。 其中微波网络理论、传输线理论和腔体理论属于传统的分析方法，而后面三种则属于数值分析方法。 常见的射频滤波器 现在常见射频滤波器为下面的几个： 1．体波及声表面波滤波器 特点是插入损耗低、带外抑制较高、频率响应平坦、体积小、承受功率高、整合兼容性高，另外品质因数高，温度特性优良，因此应用比较广泛，但是主要适合窄带应用。 2．波导滤波器 最早出现，具有低插入损耗、高功率容量、结构简单、良好的频率选择性等特点，在射频频段体积较大，成本较高。 3．介质滤波器 具有 低损 耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高 功率等特点，但是由于工艺水平较低和加工成本过高，应用并不是很普遍。 主要包括陶瓷、晶体等滤波器。 4．同轴线滤波器 第 8 页 通带插入损耗低、结构紧凑，但当工作频率变高时，尤其是超过 10GHz 时，其加工误差带来的的影响是不容忽视的。 5．微带滤波器 具有结构简单 ,体积小 ,容易和电路集成 ,容易 加工和低成本等。 它主要是通过采用不同的介质衬底 ,形成输电线路 ,使其适用的频率范围宽。 正是由于这些特点 ,它是常见的无线电频率滤波器。 本章小结 本章主要写了滤波器的分类、重要参数、设计方式，以及几种常见射频滤波器。 分析滤波器的插入损耗和回波损耗两个参数 ,优化设计滤波器仿真提供了一部分理论基础。 第 9 页 第三章 worhbench 设计与仿真 workbench 软件介绍 Electronic Workbench 是一 种 电子电路仿真 的 软件， 能够演示 各种电路工作状态 ，模拟各种 各样 电路 以及 缩放 其 显示 出来 的波形。 目前 Electronic Workbench已经 是一 种 经典 灵巧 ， 比较 好用 而且能够准确描述电路波形 的模拟数字电路仿真软件。 Electronic Workbench 包括 ： 函数发生器 ,示波器、数字万用表、光谱仪、…首先设计好电路 ,连接好电路和仪器 ,设定好所有仪器的参数设置 ,调整电源电压 ,开关电源。 它能够演示各种电路工作的状态 ,能够模拟各种电子电路 ,能够放大显示的波形 ,能够仿真数字电路 ,模拟电路和数字电路 (线性 )与模拟 (线性 )电路的工作点 ,例如波形、频率、周期、有效值 ,等等。 模拟带通滤波器设计 设计目的 1．了解有源 滤波器 和无源 滤波器 的设计方式以及内容过程。 2 娴熟的掌握仿真软件 (工作台或电路仿真 )电路设计以及运行仿真结果。 3 设计电路仿真和微波组件来构建相应的电路。 4 结合目前已有的仪器和仪表对系统调试。 5．掌握理论联系实践的方法。 设计要求 设计一个低通 滤 波器 ，是有源二阶，并且最高截止频率为 2KHz，通带电压放大倍数为 2，当频率为 10KHz 时，幅度衰减量高于 30 分贝。 滤波器的设计原理及组件选择 滤波器介绍 滤波器 是一种用于使不同的频率信号进行分离的组件。 滤波器 的关键作用是为了抑制不需要的信号 ,让其无法通过 滤波器 ,只让需要的信号通过。 事实上许多微波组件都有特定的频率特性 ,可以使用滤波器的理论进行分析。 源于集中参数 第 10 页 滤波器 理论相对健全 ,因此 ,虽然微波 滤波器 在很多方面都有自己的特点 ,但是在一定的频率范围内 ,分析微波 滤波器 的 特点 ,可以使用相应的集总等效电路进行了分析。 因此 ,对于很大部分的微波 滤波器 ,能够采用集总参数 滤波器 的设计原则以及处理方式，再根据得到的分析结果，在具体的微波结构形式中充分显现。 现在用单端口，双端口网络的理论知识进行微波 滤波器 的设计，开发。 由于在设计模拟电路时，需要对高频信号在特定的频率或频段内的频率分量做放大或衰减的处理，因此必须研究如何实现模拟信号的滤波。 有源滤波器的设计 有源 滤波器 的设计 ,它是 依据 给定指标的要求 ,确定 滤波器 的阶数 n,选择 相应具体的电路形式 ,计算电路中每个元素的 具体数值 ,对电路进行安装以及 调试 ,使滤波器 满足设计指标的要求 ,具体内容下示： （ 1）确定滤波器的阶数，主要是由阻带衰减速率要求来作为确定依据。 （ 2）选择具体的电路形式。 （ 3）建立一个系数方程，利用电路的传递函数以及归一化分母多项式 滤波器 的传递函数。 （ 4）对方程组进行求解，求出电路中各个元件的数值。 （ 5）对电路进行安装以及调试 ,确保电路性能达到要求的指标。 滤波器类型的选择分析 我们选择巴特沃斯 滤波器 电路。 因为这种 滤波器 的衰减曲线不存在波纹，其特点是通频带内的频率响应曲线呈最大 限度平坦，起伏微乎其微，却在阻频带逐渐降低，直至变成零。 由于要求 30 分贝 /八度 ,选取二阶有源低通 滤波器 电路 ,其中 n = 2。 有源二阶 low pass filter 的电路如图（ ）所示 ,压控电压源二阶滤波电路的特点是 :运算放大器是同相连接的方式 ,使 滤波器 为高输入阻抗、输出阻抗很低 ,滤波器 等效为电压源 ,它的优势是电路性能稳定 ,增益只需要简单的调整。 第 11 页 图（ ） 在集成运算放大器输出之间的集成运放同相输入之中接入一个负面的反馈 ,处于不同的频段 ,其反馈的极性也是不一样的 ,当信号频率 f fc截止频率 (fc),每级 RC 电路的移相 90 度 ,两个级别的 RC 电路的相移 180 度 ,电路的输出电压和输入电压反相 ,所以通过电容 C 引到集成运算放大器同相位的端口的反馈是负面的反馈 ,反馈信号会减弱输入信号的作用 ,减少电压放大倍数 ,所以反馈将使二阶有源低通 滤波器 快速衰减振幅高频率端的频率特征 ,只让低频信号通过。 巴特沃斯低通 滤波器 的性能 参数公式是 : 公式中 uoA 是通带内的电压放大倍数， Q 是品质因子， c 是截止角频率。 第 12 页 电路元器件值表 截止频率 cf =2Khz， C=。 增益 vA =2， 1C =C=。 为了得到相对应 的电阻值，需要求出 k 值，由 k 值与相应的 39。 R 相乘求得R；而 K=100/（ cf *C） . 我们取 K=5，由公式 及电路元器件值表中 Av=2 得 R1=*5=Ω，取 R1 为 ； R2=*5=，取 R1 为 11kΩ； R3=R4=Ω，取 33kΩ。 将其代到设计值，则可以得到相应的电路图，如图（ ）所示： 图（ ） 低通 filter 实验的电路图 运算放大器 第 13 页 741 高增益运算放大器 741 芯片是增益运算放大器，往往在军工业和商业应用等领域有广泛的应用， ,例如单片硅集成电路可以提供 输出短路保护以及闭锁自由操作。 其中： 第 2 管脚是负输入端； 第 3 管脚是同相位端口中的输入端； 第 4 管。