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1、 射频滤波器的设计与仿真 摘要 射频滤波器，主要用于电子设备、频率高工作更大的衰减高频电子设备产生的干扰信号。射频滤波器是最基本射频设备。能够由微带线组成，也能够由电阻,电容等组成。 由实践可知，很多射频系统中的元件不存在准确频率选择性，因此往往需要添加滤波器，用来极其准确地完成设定的选择特性，所以对射频滤波器的设计有重要的意义。在射频有源电路的各级之间都可以借助滤波器对射频信号进行隔离、选择或是重新组合。 在设计模拟电路时，需要对高频信号在特定频率或频段内的频率分量做放大或衰减处理。这是十分重要的任务，因此本文将重点研究如何设计和实现这个任务的射频电路射频滤波器。关键词：射频，微波滤波器，微
2、带线，workbench ,Advanced Design System； The design and simulation of radio frequency filters ABSTRACT Rf filter, mainly used in electronic devices, high frequency work greater interference signal attenuation of high frequency electronic device. Rf filter is the most basic radio frequency devices. Can
3、consist of microstrip line, also can by resistance, capacitance, etc. The practice shows that a lot of rf components do not exist in the system accurate frequency selective, so often need to add the filter, used extremely accurately complete set of selected features, so the design of rf filter has a
4、n important significance. Between active rf circuit at all levels can use filter to segregate, choice or rearrange the rf signal. In analog circuit design, the need for high frequency signal at a particular frequency or frequency component in the spectrum for amplification or decay process. It is ve
5、ry important task, so this article will focus on how to design and implement the task of rf circuit, rf filter. Keywords: Rf, Microwave filter, Microstrip line, The workbench; ADS; 目 录第一章 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外滤波器的研究现状及发展趋势21.2.1 国内外滤波器的发展现状21.3 论文组织3第二章 射频滤波器42.1 滤波器的分类42.2 滤波器的主要参数42.3 滤波器的综合设计
6、和分析方法62.3.1 综合设计方法62.3.2 分析方法72.4 常见的射频滤波器7第三章 worhbench设计与仿真93.1 workbench软件介绍93.2 模拟带通滤波器设计93.2.1 设计目的93.2.2 设计要求93.3滤波器的设计原理及组件选择93.3.1 滤波器介绍93.3.2 有源滤波器的设计103.3.3 滤波器类型的选择分析103.3.4 741运算放大器123.4.workbench电路仿真设计133.4.1 仿真电路图：13第四章 微带滤波器的设计与仿真164.1 微带线164.1.1 微带线传输的主模164.1.2 微带线的特性参量164.2 耦合微带线164
7、.3 微波谐振器184.3.1 微波谐振器的基本参量184.3.2 谐振腔的等效电路204.4 基本阻抗匹配理论204.4.1 匹配电路的概念和意义204.4.2 射频电路匹配网络214.5 微带滤波器的设计与仿真21 4.5.1 微带滤波器的基本原理214.5.2 微带耦合滤波器的设计224.5.3 电路参数设置224.5.4 原理图仿真234.5.5 滤波器电路的优化254.6 本章小结28参考文献：29 第一章 绪论 1. 1课题研究的背景及意义 根据电气和电子工程师协会对于频谱划分的方式，通常把频30MHz,-4GHz的频段范围称为射频，另外处于300MHz300GHz的频段范围。叫做
8、微波。低频率比微波叫做窄频带,主要包含长、中、短等波、无线电频率(rf)在最广泛意义的是指300千赫 300GHZ频段范围内的电磁波,射频和微波频段。过往的若干年期间，射频和微波在系统中的应用呈上升形式，其中原因主要由以下几个方面：高频带带来了宽带的效应；小体积的系统受益于相对小尺寸的器件；有更多可利用而且不拥挤的频谱；短波长促进了雷达系统的高分频率；比较宽敞的信号之间，它们之间的干扰也小；运行速度较高； 电子设备工作的快速发展,越来越多的高频电磁干扰频率、频率干扰一般会达到几百兆赫,甚至上GHz。由于电压或电流的频率越高,辐射会更有可能,它是高频干扰信号辐射干扰问题日益严重。因此,需要一个辐
9、射衰减的高频信号有较大的filter。 由于卫星、移动和无线技术的不断发展,微波滤波器已变成射频微波领域的一个极其关键的部分。军事电子设备和国内电子设备都需要不同的形式,射频微波滤波器的功能多样性。因为每个滤波器普遍都存在自身的长处和不足,并依据实际使用和相对的技术指标对所需求的滤波器选择是必要的。 1.2国内外滤波器的研究现状及发展趋势121国内外滤波器的发展现状国内外发展状况：国外： 在二十世纪初,美德的专家发明了LC滤波器,紧接着诞生了首个多回路复用系统;在1950年,日渐完善了无源滤波器的发展,在60年代,滤波器正是随着计算机技术、集成技术和材料工业的发展而迈向了相比之前更高水平,在向
10、功率损耗低、高精度,小体格,多重功用,稳定,可靠性强以及便宜的价格的趋向发展;1978年,单片RC有源滤波器;随后几年,致力于钻研各种新式的滤波器,不遗余力提高性能和扩张使用范围;90年代,着重从事各种滤波器和各种产品的开发和应用。国内： 大规模应用滤波器是从50年代后期开始的,当它比较多的使用是过滤以及提交是过滤的必经之路。经50多年的发展,开发和不断研究,过滤技术已纳入国际发展速度,但因为缺乏专业开发技术、集成过程以及材料产业发展缓慢,导致众多新类型的滤波器器的开发使用相比于国际发展仍然有一定差距。 在我们国家,大约1978名教师和研究生开始工作,是真正的自1980年以来,人们的注意。清华
11、大学在1983年被制成一块现金流量表,成都大学工程和工厂,现金流量表还发展成一段。目前主要是要使用现金流量表应用和MOS工艺技术难题,由于使用者不理解,导致目前国内相关方面的应用不是很常见。 我国目前的滤波器类型和频率能够供大部分设备使用。总体来说,目前有源过滤器的技术比不上无源，因此尚未在国内大规模生产以及使用。可以从以下比例生产使用程序在各种滤波器:LC滤波器的应用(50%);晶体滤波器(20%);机械过滤器(15%);陶瓷滤波器谐波表面1%;其余的各种过滤器占13%。根据这些应用程序的使用情况显示,要使电子产品等产业在国内形成大规模的集成,其中滤波器的集成从始自终是一个关键任务。 1.3
12、 论文组织论文分为四个章节，从第一章开始依次为：第一章，讲述射频滤波器的背景、研究意义以及滤波器的国内外发展状况第二章，阐述相关滤波器的类别、主要参数、分析方法等，以及常见的几种射频滤波器。第三章，简单介绍了软件workbench以及模拟带通滤波器的设计原理，算法及仿真图表与分析。第四章，微带线理论知识、基本参量，微波谐振器等。ADS软件仿真及其优化。 第二章 射频滤波器 2.1滤波器的分类 存在许多类型的射频滤波器,可以从相关角度进行类别划分。总体来说，重要的划分有下面几个： （1）按信号通过的频段可以分为：低通、高通、带通以及带阻滤波器，在理想状态下，各自的频率响应图下示： （2）按照不同
13、传递函数的逼近可以分为：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆函数滤波器。这几种原型滤波器的衰减响应如图。（3） 按照原型可以分为：分布参数原型滤波器和集总参数原型滤波器。（4） 按照实现方式可以分为：无源、有源、晶体和声面表波滤波器。 2.2 滤波器的主要参数1 中心频率： 以滤波器通频带的频率f0 f0 =(f1和f2)/ 2,f1,f2带通或带阻filter左和右相对衰落频率点1 dB或3 dB。窄带filter通常集中在插入损耗的最小点作为中心频率。2通带宽度（或带宽） 是指对应于三分贝衰减的频率差,表达式是: =-3 插入损耗 频谱宽度需要由BWxdB =(f2 - f1)。F1,f2
14、的中心。频率f0以插入损耗为准,下跌X(分贝)频率所对应于左边频点和右边频点。由于filter原始信号在电路的引入,处于中心或截止频率的衰减损失特性,比如要求所有带内插入损耗应强调。4 纹波 可以用响应幅度最大小值之间的差来表示衡量通带内信号响应的平坦度情况。单位用dB或奈贝表示。 5回波损耗（或反射损耗） 端口信号的输入功率和反射功率之比的分贝数(dB),为20 log10 |，其中是电压反射系数。当端口把输入功率整个吸收时所有回波损耗是无限的6群时延 波产生的传输延迟,它的值是在一定频率相位(相移)的变化率频率、一阶导数的频率的阶段。假设在一个频率范围内,相位特性曲线是一条直线,然后群延迟是一个常数,则肯定不能生成失真的信号包络。 在滤波器的这些参数里、插入损耗和回波损耗,是一个微波网络矩阵(S)和散射矩阵的值,因此能够考虑把滤
