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1、1滤波器设计滤波器设计贾宝富贾宝富2滤波器基本概念滤波器基本概念3滤波器概念简介滤波器概念简介滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有频率选择性，滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。4滤波器主要类型滤波器主要类型-1 通常采用通常采用工作衰减来描述滤波器的来描述滤波器的幅值特性特性: (dB) 式中，和分别为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。式中，和分别为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。 根据衰减特性不同，滤波器通常分为根据衰减特性不同，
2、滤波器通常分为低通、高通、带通和和带阻滤波器。滤波器。低通低通高通高通带通带通带阻带阻5滤波器主要类型滤波器主要类型-2n功率转移函数功率转移函数n实用中，最广泛使用的逼近函数有三种，相应的滤波器称为：最平坦型实用中，最广泛使用的逼近函数有三种，相应的滤波器称为：最平坦型（Butterworth）、等波纹型）、等波纹型(Chebyshev)和椭圆函数型。和椭圆函数型。 6滤波器主要技术指标滤波器主要技术指标另外，还有一些技术指标，如, 回波损耗（驻波系数），带内波动；群延迟；矩形系数等。对大功率滤波器还有功率容量。对可调滤波器还有可调范围等7基本的概念说明基本的概念说明 插入损耗：定定义义为为
3、传传输输电电平平除除以以入入射射电电压压取取对对数数再再乘乘以以20，以以dB表示。是我们无失真传输的关键之一。表示。是我们无失真传输的关键之一。 关于通过无源线性器件无失真的传输有两个关键问题。首先，器件的幅度响应不许在使用的带宽内为固定值。这意味着在带段内的所有信号的衰减是恒等的。其次，器件的相位响应在同样的带宽内必须是线性的。如下图所示。8无失真传输的关键图Constant Amplitude Constant Amplitude MagnitudeMagnitude BandwidthBandwidth LinearLinear PhasePhase BandwidthBandwidt
4、h 无失真传输的关键无失真传输的关键 9基本的概念说明基本的概念说明带外抑制带外抑制：用来表征滤波器抑制带外所有信号的性能。它正比于系统的信噪比以及误码率（BER）。插插入入相相位位：通过一个无源线性器件无失真传输的第二个关键是器件在所用带宽内的相位频响必须是线性的。由滤波器引起的任何非线性相位频响将引起信号失真。插入相位是在指定的频率上，通过器件的相对相位移。它与频率有关，是电长度的函数。表示器件相频特性非线性的第二种方法是群群延延迟迟。而相位斜率技术是一种简单而精确的测量群延迟的方法。它是一种静态或连续波技术。通过测量两个相近间隔频率（孔径）之间的相位差，然后计算这些点之间的斜率（如下图所
5、示）。10插入相位：相位斜率技术相位斜率技术12f1f211传统滤波器的设计方法传统滤波器的设计方法传统的滤波器设计，采用网络综合的方法。所谓传统的滤波器设计，采用网络综合的方法。所谓网络综合，在微波工程实用上指的是预先规定元网络综合，在微波工程实用上指的是预先规定元器件特性而用网络去实现的一个过程。它大致包器件特性而用网络去实现的一个过程。它大致包括三个步骤：括三个步骤：提出目标，即理想响应；选用可能的函数去逼近理想响应；设法实现具有逼近函数特性的网络。由于采用的逼近函数不同，一般有由于采用的逼近函数不同，一般有Butterworth综合、综合、Chebyshev综合、椭圆函数综合等滤波器综
6、合、椭圆函数综合等滤波器设计方法。设计方法。12Butterworth滤波器综合滤波器综合该响应有最大平滑特性，所以该响应有最大平滑特性，所以Butterworth响应响应也称为最大平坦响应。也称为最大平坦响应。13Chebyshev 滤波器综合滤波器综合其中，其中，称为称为Chebyshev 多项式。多项式。14可以用优化代替综合吗？可以用优化代替综合吗？优化虽然可以在一定程度上简化滤波器的设计，优化虽然可以在一定程度上简化滤波器的设计，但是使用优化受到很大限制。但是使用优化受到很大限制。一般只有在拓扑结构确定以后才能优化。优化目标函数的确定有一定困难。受计算能力的限制，三维仿真软件的优化只
7、能在结构比较简单，变量不多时使用。目前通常的设计方法是综合目前通常的设计方法是综合+优化。优化。用网络综合法确定滤波器的拓扑结构。使用电路计算软件进行优化。15利用利用Ansoft Designer设计简单结构的滤波器设计简单结构的滤波器中心频率中心频率10GHz;带宽带宽400MHz;带内最大插损带内最大插损1dB;1dB;选用微带边缘耦合结构；介质基板：MS-RT duroid 5880Er=2.2; 20mil; 0.5 oz Copper(0.675mil)16打开打开Ansoft Designer的滤波器设计工具包（的滤波器设计工具包（Filter Design Wizard）17输入频率范围等参数输入频率范围等参数18输入介质基板参数输入介质基板参数19完成设计完成设计2021输出平面电路结构图输出平面电路结构图22仿真计算平面结构图仿真计算平面结构图23调整变量或优化调整变量或优化24最后结果最后结果
