射频低通滤波器设计示例
射频低通滤波器设计示例

射频电路设计示例设计任务:用两种方法设计一个输入、输出为50Ω的低通滤波器,滤波器参数为:(1) 截止频率为3Ghz(2) 在通带内,衰减小于3dB(3) 在通带外,当归一化频率为2时,损耗不小于50dB (4) 相速为光速的60% 设计要求:(1)画出滤波器的电路图。
(2)用微带线实现上述的功能,并画出微带线的结构尺寸。
(3)画出0--3.5Ghz 的衰减曲线。
(4)给出设计的源代码本,利用具体软件(如Matlab, MW- office, ADS 、HFSS 、IE3D 等)操作方法及步骤。
方法一: 切比雪夫滤波器设计: Step1: 画出滤波器的电路图。
由课本(p151)知滤波器阶数应为N=5。
归一化参数为:g g 514817.3==,g g 427618.0==,5381.43=g 集中参数为:4817.351==C C ,5381.43=C ,2296.142==L L图1 归一化5阶低通滤波器电路原理图Step2:将集中参数变换成分布参数(Richards 变换:电感用短路线代,电容用开路线代):gY Y 151==,g Z Z 242==,g Y 33=。
图2 (O.C =开路线,S.C=短路线)Step3:将串联线段变为并联线段—Kuroda 规则(P162表5.6)。
首先在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件。
因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的,所以到入它们并不影响滤波器的特性。
对第一个并联的短线和最后一个并联短线应用Kuroda 规则-1后得:2872.12872.014817.31121=+=+==N N , 2231.02872.14817.31''21=⨯==Z Z UE UE7769.02872.1151===''Z Z S S图4 配置第一套单位元件后将并联短路线换为串联短路线因为这个电路中有四个串联短线,所以仍然无法实现。
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」(Tchebyshev Type-II)及「椭圆型」(Elliptic)等几类。
若以使用组件型态来分,则可分为「主动型」(Active)及「被动型」(Passive)两类。
其中「被动型」又可分为「L-C型」(L-C Lumped)及「传输线型」(Transmission line)。
而「传输线型」以其结构不同又可分为「平行耦合型」(Parallel Coupled)、「交叉指型」(Interdigital)、「梳型」(Combline)及「发针型」(Hairpin-line)等不同型态。
这里以较为常使用的「巴特沃斯型」(Butterworth)、「柴比雪夫I 型」(Tchebeshev Type-I)为例,说明其设计方法。
(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) 阻带起始频率(Stopband Frequency ): fx (Hz)通带衰减量(Maximum Attenuation at cutoff frequency ): Ap (dB) 阻带衰减量(Minimum Attenuation at stopband frequency ):Ax(dB)步骤二:计算组件级数(Order of elements ,N )。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅≥c x Ap Ax f f N log 110110log 5.010/10/ , N 取最接近的整数。
利用双绞线与低通滤波器抑制射频干扰和电磁干扰

利用双绞线与低通滤波器抑制射频干扰和电磁干扰引言“The Twist”指双绞线,Alexander Graham Bell于1881年申请该项专利。
而该项技术一直沿用到今天,原因是它提供了诸多便利。
此外,随着现场可编程门阵列(FPGA)器件处理能力的逐渐强大,结合电路仿真及滤波器设计软件,使得双绞线在数据通信领域的应用也越来越普遍。
FPGA为设计工程师提供了强大、灵活的控制能力,特别是那些无法获取专用集成电路(ASIC)的小批量设计项目,可以利用FPGA实现设计;许多大批量生产的产品,在项目设计初期也利用FPGA进行原型开发,并定制芯片之前对新功能进行测试。
FPGA的强大之处在于复杂的数字处理功能,而一些模拟信号则会受限于数字噪声的干扰。
需要外部提供模拟放大,以及失调、滤波和信号处理,确保FPGA满足系统的整体需求。
本文讨论了如何将双绞线与低通滤波器相结合,抑制射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)。
我们还介绍了如何利用高精度电阻排设计定制化差分放大器,消除信号干扰并改善FPGA系统的性能。
在我们选择频响特性时,利用高精度电阻设置增益和共模抑制比。
双绞线的重要性双绞线对数据通信有着重大意义,能够大幅降低串扰、RFI和EMI。
互联网和计算机的普及带动了双绞线应用的普及,许多人误以为双绞线是项新发明,实际情况并非如此。
图1所示是Alexander Graham Bell早在1881年就已申请的专利副本,他描述了多对双绞线之间的相互影响。
图1. Alexander Graham Bell于1881年获得美国专利244,426Bell先生指出:多个电路通过两条线连接——一条直通线和一条返回线,构成一个金属线导电回路。
当金属线导电回路置于其它电路附近时,如果周边电路在两条线上感应信号不同,则金属线所连接的电话及其它电气设备就会感应干扰信号;显而易见,如果在直通线和返回线上产生相同影响,则其中一条导线产生的电流将抵消另一条导线产生的电流。
微波与射频-低通滤波器

巴特沃斯低通滤波器仿真实验一、实验目的掌握巴特沃斯低通滤波器的设计方法及原理二、滤波器设计的具体指标1.截止频率GHz c 5.2=ω。
2.在GHz 4=ω处的插入损耗必须大于20dB 。
3.阻抗为Ω50,采用6阶巴特沃兹低通原型,最高实际线阻抗为120Ω,最低实际阻抗为20Ω,采用的基片参数为02.0tan ,2.4,58.1===δεr mm d ,铜导体的厚度为mm t 035.0=。
三、巴特沃斯滤波器的特性巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零。
在振幅的对数对角频率的波得图上,从某一边界角频率开始,振 幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。
一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝,每十倍频20分贝。
二阶巴特沃滤波器的衰减率为每倍频12分贝、 三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝、如此类推。
巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降,并且也是唯一的无论阶数,振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。
只不过滤波器阶数越高,在阻频带振幅衰减速度越快。
其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状。
四、滤波器设计步骤1.确定低通原型元器件值。
2.采用阻抗和频率定标公式,用低阻抗和高阻抗线段代替串联电感和并联电容。
所需微带线的电长度l β,以及实际微带线宽w 和线长l 可由ADS 软件中的lineCalc 工具计算得到。
3.根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算。
计算如下:6.015.241||=-=-c w w ,由下图1.1看出,对于n=6的曲线,当6.0)1|(|=-cw w 时,LA<20dB,故最大平坦滤波器级数n=6。
4.根据下表设计滤波器的参数n表示巴特沃斯低通滤波器的阶数,g参数表示巴特沃兹滤波器低通原型元器件值。
五、实验结果原理图如下图所示:各元件的设置情况如下:第一个微带线和最后一个微带线,长等于16.772200 mm,宽等于3.114450 mm。
电子设计中的射频滤波器设计方法

为了降低电子设备的成本和提高可靠性, 射频滤波器需要实现低成本和高可靠性的 设计。
技术挑战与解决方案
陡峭过渡带设计
为了实现更陡峭的过渡带,可以采用多级滤 波器级联、引入传输零点等技术手段。
小型化设计
可以采用微纳制造技术、新型材料等手段来 实现小型化设计。
低插损设计
为了降低插损,可以采用高性能的介质材料 、优化电路结构等手段。
工作原理与性能指标
工作原理
射频滤波器通过电感器和电容器的组合,形成不同的频率响应特性,实现对信 号的选择和处理。
性能指标
射频滤波器的性能指标包括通带范围、阻带范围、插入损耗、选择性等,这些 指标直接影响着滤波器的性能和应用效果。
02
射频滤波器设计基础
传输线理论
传输线理论是射频滤波器设计的基础,它描述 了电磁波在传输线上的传播特性。
作用
在电子系统中,射频滤波器主要 用于信号处理、通信、雷达、导 航等领域,实现信号的提取、传 输、增强和抑制等功能。
分类与特点
分类
根据不同的分类标准,射频滤波器可 分为低通滤波器、高通滤波器、带通 滤波器、带阻滤波器等。
特点
射频滤波器具有高选择性、低插入损 耗、稳定性好、体积小等特点,能够 满足不同应用场景的需求。
陶瓷介质滤波器设计
总结词
陶瓷介质滤波器是利用陶瓷介质材料特 性实现电磁波的传输和过滤的一种滤波 器。
VS
详细描述
陶瓷介质滤波器具有高品质因数、低插入 损耗、高稳定性等优点,广泛应用于微波 和毫米波频段的通信系统、雷达系统等领 域。陶瓷介质滤波器设计过程中需要考虑 介质材料特性、谐振腔尺寸、耦合方式等 因素,以实现良好的滤波效果。
总结词
声表面波滤波器是利用声表面波传播特性实现电磁波的传输和过滤的一种滤波器。
微带阶梯阻抗低通滤波器原理图的仿真_物联网:ADS射频电路仿真与实例详解_[共10页]
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║260 物联网:ADS 射频电路仿真与实例详解 5式(11.7)和(11.8)中,L 和C 是低通滤波器原型的元器件值,R S 是滤波器阻抗。
2.阶梯阻抗低通滤波器的设计下面设计微带线阶梯阻抗低通滤波器,设计的详细过程可以参阅人民邮电出版社出版的《射频电路理论与设计》。
要求截止频率为3GHz ,通带内波纹为0.5dB ,在6GHz 处具有不小于30dB 的衰减,系统阻抗为50Ω。
选微带线特性阻抗最大值h Z =120Ω,特性阻抗最小值l Z =15Ω。
设计微带线阶梯阻抗低通滤波器的步骤如下。
(1)根据波纹为0.5dB 切比雪夫滤波器衰减随频率的对应关系,滤波器需为5阶,对应的切比雪夫低通滤波器原型元器件值为111.7058g C ==221.2296g L ==332.5408g C ==441.2296g L ==551.7058g C == (2)利用式(11.7)和(11.8)计算可以得到 1 1.70581518029.350l ⨯=⨯≈︒πβ 2 1.22965018029.4120l ⨯=⨯≈︒πβ 3 2.54081518043.750l ⨯=⨯≈︒πβ 4 1.22965018029.4120l ⨯=⨯≈︒πβ 5 1.70581518029.350l ⨯=⨯≈︒πβ (3)低通滤波器电路的示意图如图11.3所示,其中图11.3(a )为由低通滤波器原型元器件值构成的低通滤波器,图11.3(b )为微带线阶梯阻抗低通滤波器。
图11.3 低通滤波器电路的示意图11.1.2 微带阶梯阻抗低通滤波器原理图的仿真由上面微带线阶梯阻抗低通滤波器的理论基础,我们得到了微带线阶梯阻抗低通滤波器第11章 分布参数低通滤波器的仿真 261║的电路基本结构,本节学习如何利用ADS微带线的计算工具完成微带线的计算,以及如何设计并仿真微带线阶梯阻抗低通滤波器的原理图。
微带线阶梯阻抗低通滤波器的设计指标如下。
小型射频LC低通滤波器设计

De in o m p c sg fCo a tRF LC w- s le s Lo Pa sFi r t CHENG iz e NI Zu -u n J -h n, U oy a
(C l g f o muiai s n nom t nE g er g N n n nvrt o ot ad lcmm nct n , aj g 10 3 C ia oeeo m nct n dIf ai ni ei , aj gU i sy f s eo u ia0s N ni 00 , hn ) l C o a r o n n i e i P s n i n2
Vo _ 7 N . l2 o 6
De c. 2 ห้องสมุดไป่ตู้ 0(7
20 0 7年 l 2月
文 章 编 号 :6 35 3 (0 7 0 - 2 -3 17 - 9 20 )60 90 4 0
小型射 频L C低 通 滤 波 器 设 计
成 际镇 , 牛作元
(南京邮电大学 通信与信息工程学院 , 江苏 南 京 2 00 ) 10 3
摘
要 : 究射频 L 研 c低通滤波 器的设计 , 通过仿真计算研 究 了以螺旋 电感和平板 电容作 为基本 元件的
滤波 器设计制作在不 同介 电常数的介质基板上 时性 能的 变化 情况 , 结果表 明采 用高介 电常数 的介
低通滤波器设计制作

低通滤波器设计制作一、实验目标及目的:1设计一个截止频率为9200Hz 的低通滤波器 2掌握滤波器的设计制作方法 3掌握滤波器截止频率的测量方法 4掌握测试报告文档处理方法 二、测试仪器1、GWinsTEKGOS-620双踪示波器2、函数信号发生器3、示波器测试笔2个 三、滤波器的设计制作步骤1首先给出低通滤波器的电路图和频谱特性。
2根据低通滤波器的截止频率10200Hz ,选定合适的电容和电阻。
3根据选定的参数用Matlab 进行仿真。
4制作电路板。
5完成测试。
6撰写测试报告。
四、滤波器的设计制作1低通滤波器的电路图和频谱特性1)理想低通滤波器概念:频谱函数为()()0-2=cj t H j G e ωωωω的系统称为理想低通滤波器。
其幅频特性和相频特性如图1所示。
图1理想低通滤波器的幅频特性和相频特性这里,c ω是理想低通滤波器的截止频率。
理想低通滤波器将高于c ω的信号完全衰减,而允许低于c ω的信号通过。
2)通频带概念:能使信号通过的频率范围称为通带。
理想低通滤波器的通频带为c ω3)阻带概念:阻止信号通过的频率范围称为阻带。
2实际低通滤波器:尽管理想低通滤波器具有理想的频率选择特性,但在实际应用中无法实现,我们只能用一些可实现的系统来近似它。
实际低通滤波器截止频率:用来说明电路频率特性指标的特殊频率。
当保持电路输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍所对应的频率称为其截止频率。
3低通滤波器的电路图 低通滤波器的电路图如下:4低通滤波器的频谱函数5参数选定+0u6 MATLAB仿真如下:r=4000;c=3900e-12;f=1000:1:30000; a=1./(2.*pi*r*c);b=1.+(f./a).^2;H=1./(b.^0.5);plot(f,H)运行后结果:四、电路板制作1、电阻R及电容C参数的选取C3900=ΩpFR=4000制做的电路板如图:图(一)五、频谱函数测试 1、测试步骤(1)按下示波器电源“power ”; (2)扫描时间“TIME/DIV ”达到0.2ms ; (3)将示波器“MODE ”达到“CH1”; (4)将“VOLTS/DIS ”达到“1”; (5)将打到AC;(6)将同轴测试电缆连接到“CH1”上,测试笔上的开关推到“X1” 校准如下图(二):图(二)(7)同理对“CH2”通道进行校准; 校准如下图(三)ACGND DC图(三) 2、滤波器测试(1)用导线接滤波器的输入端,另一端插入接信号信号发生器的输出端;(2)将示波器的同轴测试电缆CH2上的鳄鱼夹接滤波器的“地端”,测试钩接“输出”;(3)将示波器“MODE ”打到“DUAL ”,调节频率旋钮,观察波形; (4)根据规定当输出的()ωj H 为最大()ωj H 的0.707倍时所对应的频率即为截止频率 。
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射频电路设计示例设计任务:用两种方法设计一个输入、输出为50Ω的低通滤波器,滤波器参数为:(1) 截止频率为3Ghz(2) 在通带内,衰减小于3dB(3) 在通带外,当归一化频率为2时,损耗不小于50dB (4) 相速为光速的60% 设计要求:(1)画出滤波器的电路图。
(2)用微带线实现上述的功能,并画出微带线的结构尺寸。
(3)画出0--3.5Ghz 的衰减曲线。
(4)给出设计的源代码本,利用具体软件(如Matlab, MW- office, ADS 、HFSS 、IE3D 等)操作方法及步骤。
方法一: 切比雪夫滤波器设计: Step1: 画出滤波器的电路图。
由课本(p151)知滤波器阶数应为N=5。
归一化参数为:g g 514817.3==,g g 427618.0==,5381.43=g 集中参数为:4817.351==C C ,5381.43=C ,2296.142==L L图1 归一化5阶低通滤波器电路原理图Step2:将集中参数变换成分布参数(Richards 变换:电感用短路线代,电容用开路线代):gY Y 151==,g Z Z 242==,g Y 33=。
图2 (O.C =开路线,S.C=短路线)Step3:将串联线段变为并联线段—Kuroda 规则(P162表5.6)。
首先在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件。
因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的,所以到入它们并不影响滤波器的特性。
对第一个并联的短线和最后一个并联短线应用Kuroda 规则-1后得:2872.12872.014817.31121=+=+==N N , 2231.02872.14817.31''21=⨯==Z Z UE UE7769.02872.1151===''Z Z S S图4 配置第一套单位元件后将并联短路线换为串联短路线因为这个电路中有四个串联短线,所以仍然无法实现。
再配置两个单位元件后得:同样,因为单位元件与信号源及负载的阻抗相匹配,所以引入它们并不影响滤波器的特性。
对图5电路应用Kuroda规则-2功赎罪,则可得:2872.27769.01143=+==N N2872.213''5''1=⨯==N Z Z7769.17769.0''3''4''3=⨯==N Z Z UE UE2929.17618.02231.01''2''1=+==N N 9849.07618.0''1''2''1=⨯==N Z Z UE UE 2884.02231.0''1''4''2=⨯==N Z Z2204.05381.41133==g Z =对滤波电路参数进行反归一化处理图后就可以用微带线实现。
根据s C v p /m 108.16.08⨯==,则短线的长度为:mm 5.71038108.1)8/(8/98=⨯⨯⨯===f v L p λ 将单位元件的输入、输出阻抗变成50Ω的比例变换,得出图2.7是用微带线实现的滤波器最终设计结果图7 微带线切比雪夫低通滤波器的实现图8用Microwave office设计微带线图9 切比雪夫滤波器0--3.5Ghz的衰减曲线% This file generates the graph for 3dB Chebyshev filter% In this example we plot the frequency response of% Chebyshev filters 3dB ripples,%%% Copyright (c) 2004 by ZhaoChaoLing% "RF Circuit Design: Theory of Chebyshev filter"%clear all; % clear all variablesclose all; % close all opened graphsfigure; % open new graph% define normalized frequency rangew=0.01:0.01:4;% define L and C parameters for the lowpass filter prototypes C1=3.4817;L2=0.7618;C3=4.5381;L4=0.7618;C5=3.4817;ZL=1; % load impedanceV=1; % input voltage amplitudeIL=zeros([1 length(w)]);% lowpass filter prototypeZC1=1./(j*w*C1);ZL2=j*w*L2;ZC3=1./(j*w*C3);ZL4=j*w*L4;ZC5=1./(j*w*C5);Z5=ZC5.*ZL./(ZC5+ZL);Z4=ZL4+Z5;Z3=ZC3.*Z4./(ZC3+Z4);Z2=Z3+ZL2;Z1=ZC1.*Z2./(ZC1+Z2);Z=1+Z1;% compute voltages using the voltage divider ruleV A=Z1./Z.*V;VB=Z3./Z2.*V A;VO=Z5./Z4.*VB;Gain=2*VO/V;IL(1,:)=-20*log10(abs(Gain)); % insertion lossplot(w*3,IL(1,:));axis([0 3.5 0 20]);title('Frequency response of filters');xlabel('Frequency ,GHz'); ylabel('Insertion loss, dB'); legend( '3dB Chebyshev',2); hold on;plot([0 3],[3 3],'g--',[3 3],[0 3],'g--'); text(0.1,3.2,'{\bf3db}');%print -deps 'fig2.eps'方法二、巴斯沃斯滤波器设计:(1)画出滤波器的电路图: 根据课本图5.18,滤波器阶数必须为N =9,其他参数为:g g 913473.0==,g g 820000.1==,g g 735321.1==,gg648194.1==,0000.25=g。
即:3474.091==C C , 5321.173==CC ,0000.25=C , 0000.182==LL ,8794.164==L L 。
图1 归一化9阶低通滤波器电路原理图(2)用微带线实现上述的功能后的微带线的结构尺寸:图2 微带线巴斯沃斯低通滤波器的实现电阻(Ω) 50 343.9 58.5 97.7 47.9 长度L(mm) 23.16 23.69 23.21 23.37 23.158.04 0.03 6.40 2.72 8.53 宽度W(mm)电阻(Ω) 95.3 29.7 117.7 25长度L(mm) 23.37 23.02 23.43 22.98宽度W(mm 2.84 15.97 1.85 19.72(3)画出0--3.5Ghz的衰减曲线图3. 巴斯沃斯滤波器0--3.5Ghz的衰减曲线% This file generates the graph for 3dB Butterworth filter % In this example we plot the frequency response of% Butterworth filters 3dB ripples,%%% Copyright (c) 2004 by ZhaoChaoLing% "RF Circuit Design: Theory of Butterworth filter"%clear all; % clear all variablesclose all; % close all opened graphsfigure; % open new graph% define normalized frequency rangew=0.01:0.01:4;% define L and C parameters for the lowpass filter prototypes C1=0.3473;L2=1.0000;C3=1.5321;L4=1.8794;C5=2.0000;L6=1.8794;C7=1.5321;L8=1.0000;C9=0.3473;ZL=1; % load impedanceV=1; % input voltage amplitudeIL=zeros([1 length(w)]);% lowpass filter prototypeZC1=1./(j*w*C1);ZL2=j*w*L2;ZC3=1./(j*w*C3);ZL4=j*w*L4;ZC5=1./(j*w*C5);ZL6=j*w*L6;ZC7=1./(j*w*C7);ZL8=j*w*L8;ZC9=1./(j*w*C9);Z9=ZC9.*ZL./(ZC9+ZL);Z8=ZL8+Z9;Z7=ZC7.*Z8./(ZC7+Z8);Z6=Z7+ZL6;Z5=ZC5.*Z6./(ZC5+Z6);Z4=ZL4+Z5;Z3=ZC3.*Z4./(ZC3+Z4);Z2=Z3+ZL2;Z1=ZC1.*Z2./(ZC1+Z2);Z=1+Z1;% compute voltages using the voltage divider rule V A=Z1./Z.*V;VB=Z3./Z2.*V A;VC=Z5./Z4.*VB;VD=Z7./Z6.*VC;VO=Z9./Z8.*VD;Gain=2*VO/V;IL(1,:)=-20*log10(abs(Gain)); % insertion loss plot(w*3,IL(1,:));axis([0 3.5 0 13]);title('Frequency response of filters');xlabel('Frequency ,GHz');ylabel('Insertion loss, dB');legend( '3dB Butterworth',2);hold on;plot([0 3],[3 3],'g--',[3 3],[0 3],'g--');text(1.5,3.2,'{\bf3db}');%print -deps 'fig1.eps'射频电路设计主讲人: 胡斌杰射频电路设计考试要求一、滤波器通常有几类,解释滤波器的主要参数如RF插入损耗、波纹、带宽、损耗因子和固有品质因子的意义。