《椭圆低通滤波器设计仿真课程设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《椭圆低通滤波器设计仿真课程设计论文.doc（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要摘 要滤波器是自动控制、信号处理和通信领域重要组成部分，广泛运用各个系统中。ADS（Advanced Design System）软件是安捷伦公司开发的电子设计自动化软件，功能强大，仿真手段丰富多样，并可对设计结果进行优化，是非常优秀的微波电路设计工具。它的版面计算功能和建模功能，能够精确的对滤波器的匹配电路进行优化和计算。本文是通过利用ADS自带的滤波器设计向导实现椭圆低通滤波器的设计，介绍了椭圆型滤波器的基本原理和设计理念，给出了基于ADS设计滤波器的基本步骤和怎么利用ADS对设计进行优化。关键词：滤波器设计，ADS，仿真1AbstractABSTRACTFilter is an i
2、mportant part of automatic control, signal processing and communications, widely used in various systems. ADS (Advanced Design System) software is electronic design automation software developed by Agilent, powerful, means rich and diverse, and to optimize the design, it is a very nice microwave cir
3、cuit design tools. Its layout calculation and modeling capabilities, able to accurately to optimize filter matching circuit and calculation. This is through the use of ADSs filter design guide implementation of elliptic low-pass filter design, introduces the basic principles and elliptic filter desi
4、gn concepts, design based on ADS filter is given the basic steps and how to use your ADS to optimize the designKey words: filter design, ADS, simulation目录目录第1章引言11.1背景和意义11.1 滤波器的发展前景11.2 滤波器的前景21.3 本次的主要任务2第2章LC滤波器32.1滤波器的介绍32.2滤波器的分类32.3滤波器的主要参数（Definitions)42.4滤波器的特性指标52.4.1特征频率52.4.2增益与衰耗62.4.3阻
5、尼系数与品质因数62.4.4灵敏度62.4.5群时延函数62.5 LC滤波器的工作原理72.6二端口网络的意义92.6.1 S参数的意义92.6.2 S参数的意义11第3章设计的理论基础133.1椭圆滤波器133.2椭圆滤波器的特点133.3低通滤波器143.4 椭圆低通滤波器的设计理论163.5设计计算16第4章ADS的仿真204.1ADS软件介绍204.2设计目标204.3ADS仿真214.3.1运行ADS21第5章总结29参考文献30致谢31第1章 引言第1章 引言1.1背景和意义如今，无线通信技术飞速发展，人们对无线产品的需求迅速增长，滤波器在许多射频微波的应用中扮演重要角色，并随着通
6、信技术的发展而取得不断进展，它们被用来离散或者合成不同的频率，正发挥着巨大的作用。与此同时，无线通信对射频微波滤波器的要求也比以往任何时候都更严格更轻的重量，更小的尺寸，更低的成本。这就要求我们在原有滤波器的理论上更深入的研究其原理和设计方法。我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率已基本上满足现有各种电信设备。我国各类滤波器的应用情况：LC滤波器占50%；晶体滤波器占20%；机械滤波器占15%；陶瓷和声表面滤波器各占1%；其余各类滤波器共占13%1。显然，LC滤波器在所有滤波器中仍占据主导地位，对它的研究仍具有重要意义。1.1 滤波器的发展前景凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电
7、信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年
8、代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。1.2 滤波器的前景随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器
9、研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员负有重大的历史责任。1.3 本次的主要任务本文的主要工作是对椭圆低通滤波器进行研究。本论文在总体结构上共分为5章。第1章 引言，本章介绍了滤波器的背景及其发展。第2章 滤波器的基础理论及滤波器各项指标。第3章 介绍各种椭圆滤波器原理与结构，主要对椭圆低通滤波器的原理进分析。第4章 椭圆低通滤波器的设计，对椭圆低通滤波器进行设计并得到仿真结果，对其进行分析。第5章 结论，全文总结。第2章 LC滤波器第2章 LC滤波器2.1滤波器的介绍LC滤波器是一种历史最悠久的滤波器，上世纪二十年代已经开始应用。今天，它仍然被广泛应用于电信技术的各
10、个领域中。LC滤波器通常的应用范围可以是小于1G，做的出色的可以做到3G，那需要特殊的材料和工艺以及经验，实际上我们自己在通常情况下，能够做到100M就不错了。2300M以上一般都已经需要使用印制线作为电感。而带宽通常在530%，做得好的可以做到160%。插损一般为212dB。阻带抑制一般可以做到450dB，好的为780dB。国内做得好的当数13所和总参57所上海分所。影响LC滤波器应用的主要障碍是线圈和电容器的参数值比较特殊。也就是说，不能使用标准元件，所用的元件是特别订制的。特别是难以购买到线圈，订制时需要有一定的交货期，如果数量少则价格更高。所以，当需要使用LC滤波器时，往往采用连同设计
11、在内一起交给厂家制作的方法。但是，在对性能有特别要求的场合，设计者如果常备有制作线圈的铁心和绕线架，自己绕制线圈，用RLC测量仪表选择电容器，就能够在短时间内制作出在任意截止频率下的特性都比较陡峭的滤波器。另外，如果是阶数较低的低通滤波器或高通滤波器，也可以用市面上出售的标准品微型电感进行简单的设计。2.2滤波器的分类（1）按元件分类，滤波器可分为：有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等。按信号处理的方式分类，滤波器可分为：模拟滤波器、数字滤波器。（2）按通频带分类，滤波器可分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。除此之外，还
12、有一些特殊滤波器，如满足一定频响特性、相移特性的特殊滤波器，例如，线性相移滤波器、时延滤波器、音响中的计杈网络滤波器、电视机中的中放声表面波滤波器等。（3）按通带滤波特性分类，有源滤波器可分为：最大平坦型（巴特沃思型）滤波器、等波纹型（切比雪夫型）滤波器、线性相移型（贝塞尔型）滤波器等。（4）按运放电路的构成分类，有源滤波器可分为：无限增益单反馈环型滤波器、无限增益多反馈环型滤波器、压控电源型滤波器、负阻变换器型滤波器、回转器型滤波器等。2.3滤波器的主要参数（Definitions)（1）中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的中心频率f0，一般取，f1、f2为带通或带阻滤
13、波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。（2）截止频率（CutoffFrequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。（3）通带带宽（BWxdB）：（下图）指需要通过的频谱宽带，f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB表征滤波器通带带宽参数。分数带宽（fractionalbandw
14、idth）=，也常用来表征滤波器通带带宽。（4）插入损耗（InsertionLoss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。（5）纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。（6）带内波动（PassbandRiplpe）：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。（7）带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配：1，失配时。对于一个实际的滤波器而言，满足：1的带宽一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例与滤波器
15、阶数和插损相关。（8）回波损耗（ReturnLoss）：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于|20Log10|，为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。（9）阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量As-IL；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标矩形系数（），（X可为40dB、30dB、20dB等）。滤波器阶数越多矩形度越高即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。（10）延迟（Td）：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即。（11）带内相位线性度：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度，但频率选择性很差，限于脉冲、或调相信号传输系统应用。（12）极点：是指在低通或者高通滤波器中，电抗元件的个数，如电感、电容；或者在带通滤波器中电抗元件对的数量。对全极点滤波器而言，其极点和阶数是一致的，并且其极点数量决定了滤波器幅频特性的陡峭程度。（13）寄生响应：是由滤波元件本身的引线及寄生电感、电容等的电抗，
