射频电路理论与设计第6章滤波器的设计
滤波器的设计PPT讲解
3.带通滤波器
功能：让有限带宽（ wL w wH ）内的交流信号 顺利通过，让频率范围之外的交流信号受到衰减。
wL ——下限频率， wH ——上限频率，
带宽：Bw wH wL
中心角频率：
w0 wn wH wL
A0 s n / 2 带通滤波器传递函数的一般表达式为： A((s) D( s )
A0 为常数， D ( s ) 为多项式， s
jw
A((s ) 的零点在 w 处。 二阶低通滤波器传递 2 A w 0 n 函数的典型表达式为： A( s) wn 2 2 s s wn wn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。 Q
2.高通滤波器（HPF） 让高于截止频率 wc 的高频信号通过， 而对从0到阻带频率 ws 的低频频率受到衰减。
三、参数
3、阻尼系数与品质因数
– 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用， 是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 –阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器 频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为 带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率。
4、灵敏度
–滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影 响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x 变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 –该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该 灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
A0 A( S ) n S an1 S n1 a1 S a0
多项式系数 an1 , a1 , a0 可根据不同的 次n查表得到 。
和阶
3. 贝赛尔滤波器：
滤波器设计PPT课件
滤波器
输出
开关电容滤波器（SCF）则直接在抽样信号下工作，不需经过 A/D、D/A变换，毫无疑问，就处理连续信号来说，这就是它比数字 滤波器优越之处。
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开关电容滤波器
有源双二阶滤波器
R1 Vi +-
R5
R2
C1
R4
-
+ A1
VBF
C2 +A2
R3 VLP
R3 + A3 -VLP
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C
1
iC (t) T C [v 1 (t) v 2 (t) ]R S C [v 1 (t) v 2 (t)]
RSC
TC C
1
CfC
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开关电容电路
开关电容能模拟成电阻，解决了模拟集成电路制造中的 一个关键问题。因为在集成电路制造过程中，电阻常常受 到容差和热漂移所困扰，而且要占据昂贵的芯片面积。
电容必然是可编程的。改变会在频谱图上使响应上移或 下移。另一方面，如果需要一个固定和稳定的特征频率 fCLK ，则可用一石英晶体振荡器来产生fCLK。
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开关电容滤波器
抽样数据系统——开关电容滤波器 开关电容滤波器（SCF）的输入和输出信号均为抽样信号。
连续
抗混叠
恢复
连续
输入
滤波器
SCF
S/H
H()
巴特沃思 贝塞尔
切比雪夫
/0
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4．滤波器的电路结构 无限增益多重反馈滤波器电路
Z2
Z5
Z1
Z4
-
A
+ Z3
（a）基本电路
C2
射频电路设计(第六章)
环境温度对半导体的电性能 有很大影响。由功率损耗使 器件内部加热，可造成超过 100—1500c的温升。注：在
例题中忽略了带隙能随温度的变 化，这将在第7章中讨论。
6.1半导体基础
二、掺杂半导体：
通过引入杂质原子可以引发半导体的电特性作较大的改变。 这种过程称为掺杂。 1、 N型半导体：为获得N型掺杂(提供附加电子到导带)，所 引入的原子较之原来在本征半导体晶格上的原子有更多的价 电子。如：将磷(P)原子移植到si内，就在中性晶格内提供了 弱束缚电子，如右图（b)
6.1半导体基础
以电势的导数代替电场，积分得扩散阻挡层电压（称内建电势）：
其中nn和np仍分别是N型半导体和P型半导体中的电子浓度。
ห้องสมุดไป่ตู้
如果再考虑空穴电流从P型半导体到N型半导体的流动以及与之相抵消的场 感应电流中的相应部分IPF，可以得到扩散阻挡层电压： 若：P型半导体中受主浓度NA>>ni N型半导体中施主浓度ND>>ni 则n n= ND n p = ni2 /NA
总电压降为扩散电压：
6.1半导体基础
正空间电荷区在N型半导体内的延伸长度： 正空间电荷区在N型半导体内的延伸长度： 总长度： 三、结点电容：是射频器件的一个重要参量，因为 在高频运行下低电容意味着有快捷的开关速度和适应 能力。通过熟知的平扳电容器公式可找出结电容： C=εA/ds 把距离代人上式．得到电容的表达式如下
I=I0（e v/VT-1)
在负压下有一小的、与电压无关的电流 在负压下有一小的、与电压无关的电流(-Io)，而在正压下则为指数增长电流。（图示中的函数关系是理 ，而在正压下则为指数增长电流。
想化的，末考虑到击穿现象。但上式显示出了在外加交流电压下PN结的整流性质。）
滤波器的设计原理
滤波器的设计原理
滤波器是一种用于处理信号的电路或系统，其设计原理是基于信号处理的需求和特定滤波器类型的特性。
滤波器的设计可以根据以下原理进行：
1. 滤波器类型的选择：根据信号处理的需求，选择合适的滤波器类型，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或带阻滤波器等。
2. 频率响应的设定：根据信号处理要求，在滤波器的频率响应中设定所需的增益和衰减。
3. 滤波器的阶数选择：滤波器的阶数决定了其滤波效果的陡峭程度和相位延迟的程度。
选择适当的阶数可以平衡滤波效果和系统的复杂度。
4. 滤波器的传输函数设计：根据滤波器类型和频率响应的设定，通过设计传输函数来实现所需的滤波效果。
5. 滤波器电路的搭建：将设计好的传输函数转化为实际的电路结构，包括使用各种电子元器件（如电容器、电阻器、电感器等）搭建滤波器电路。
6. 参数调整和优化：根据实际应用的需求和系统性能的要求，对滤波器进行参数调整和优化，例如调整滤波器的截止频率、增益等，以获得最佳的滤波效果。
通过以上原理和步骤，可以设计出满足特定信号处理需求的滤波器，实现对信号的滤波和去除不需要的成分。
滤波器的设计需要考虑信号的频率特性、滤波效果、系统复杂度以及实际应用的要求等因素。
射频电路理论与设计(第2版)-PPT-第6章
《射频电路理论与设计（第2版）》
（2）带宽。任何一个网络都只能在单一频率上实现匹
配，欲展宽带宽，电路设计要在简单性、带宽以及造 价之间有所权衡。 （3）可实现性。可实现性既要考虑生产工艺的可实现 性，又要考虑尺寸要求的可实现性。 （4）可调ຫໍສະໝຸດ 性。变化的负载需要可调整的匹配网络。
《射频电路理论与设计（第2版）》
图6.2 负载位于归一化单位电导圆内时 L形匹配的圆图图解
《射频电路理论与设计（第2版）》
《射频电路理论与设计（第2版）》
2. 负载位于1+jx圆(归一化单位电 阻圆)内
图6.4 负载位于归一化单位电阻圆
《射频电路理论与设计（第2版）》
3. 负载位于1+jx圆和1+jb圆外
图6.5 负载位于归一化单位电阻和电导圆外时 L形匹配的圆图图解
《射频电路理论与设计（第2版）》
6.1
匹配网络的目的及选择方法
集总参数元件电路的匹配网络设计
6.2
6.3
分布参数元件电路的匹配网络设计
6.4
混合参数元件电路的匹配网络设计
《射频电路理论与设计（第2版）》
6.1 匹配网络的目的及选择方法
1. 匹配网络的目的
匹配包括两个方面，一个是传输线与负载之间的 匹配；一个是信源与负载之间的共轭匹配。传输线与负 载之间的匹配，是使传输线无反射、线上载行波或尽量 接近行波的一种技术措施。
载与传输线间L形
匹配网络共有8种 组合，如图6.1所 示。 图6.1 8种负载与传输线间L形匹配网络
《射频电路理论与设计（第2版）》
双元件负载匹配网络采用图6.1中的哪种形式，取 决于归一化负载阻抗在史密斯圆图上的位置。有3种可能 性，下面分别加以讨论。
射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告(模板)
射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告篇一：射频电路课程设计摘要滤波电路的综合设计是相当复杂的，需要好多理论知识和数学知识做铺垫，我们知道用于无线的模拟电路是在吉赫兹频段，高性能计算机、工作站，当然还有作为这方面例子的个人计算机，他们所使用电路的时钟频率不断的增加。
全球定位系统载波频率在122 7.60m hz~1575.42mh z范围，而此次课程设计主要向大家介绍最大平滑巴特沃兹微波电路和等波纹契比学夫微波电路设计方法。
当微波电路工作在射频的低端频段，可以使用集总参数的元件进行设计，利用集总参数的电感和电容，按照一定的设计规则选取合适的电路和元件的参数，就可以实现归一化低通滤波电路的设计。
然后通过利用频率变换就可以低通微波电路、高通微波电路、带通微波电路和带阻微波电路的设计。
关键字：滤波电路平滑巴特沃兹微波电路等波纹契比学夫微波电路一引言通过对射频设计电路的学习，我们知道无线通信的快速发展，更紧凑的滤波器和混频器电路正在被设计和使用。
通常这些电路的工作频率高于1Ghz。
毫无疑问这种趋势将会继续下去，因此不仅要有独特性能的技术装置，而且要学会对高频电路中遇到的问题进行分析，我们知道随着频率的升高以及其相应的电磁波的波长变得可与分立电路元件的尺寸相比拟时，电阻、电容和电感这些元件的电响应就开始偏离他们的理想频率特性，下面将简单的向大家介绍一下本次滤波电路的设计方法，以及如何对其进行归一化。
射频电路设计-理论与应用_图文
C1
模拟引线L R 模拟引线L
L2
R
L1
L2
模拟引线间电容Cb
C2
高频电阻等效电路表示法 高频线绕电阻等效电路表示法
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例1.3 求出用长2.5cm，AWG26铜线连接的500Ω金属膜电阻的 高频阻抗特性，寄生电容Ca=5pF。 解： AWG26的d=16mil，a= 8×2.54×10-5m=0.2032mm
10f6，H1z07
108 109
2
1.8 半径 a=1mm铜线归一化
1.6 AC电流密度的频率特性
1.4
1.2 1kHz
1
0.8 10kHz
0.6
100MHz
0.4 100kHz
1GHz
0.2
1MHz 10MHz
00 0.1 0.2 0.3 0.4r，0.5m0m.6 0.7 0.8 0.9 1
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射频电路设计-理论与应用_图文.ppt
近年来由于通信技术及计算机技术的迅猛发展， 工作频率日益提高，射频和微波电路得到广泛应用。
目前大多数教材都是面向两种不同的读者： 1. 具有坚实理论基础的研究生常常通过电磁场处 理方法进入这个领域。
2. 对数学和物理的严格性不太感兴趣的工程技术人 员则更喜欢采用电路理论来处理问题。
平面电磁波的主要性质： 1. 电磁波是横波，E和H都与传播方向垂直； 2. E和H互相垂直，且同相位。
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根据经典场论，电场和磁场分量的比值就是本征阻抗（波
阻抗）：
其中磁导率μ和介电常数ε与材料有关，μ0=4π×10-7(H/m)， ε0=8.85×10-12 (F/m) ， μr和εr为相对值。
• 在第2章“传输线分析”中将讨论微带线的阻抗特性，其定量 求解过程在第3章“Smith”圆图中介绍。
射频滤波器的设计与仿真设计
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，微带线，workbench ,Advanced Design System；The design and simulation of radio frequency filtersABSTRACTRf 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 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 an 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 very important task, so this article will focus on how to design and implement the task of rf circuit, rf filter. Keywords: R f, Microwave filter, Microstrip line, The workbench; ADS;目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 国内外滤波器的研究现状及发展趋势 (2)1.2.1 国内外滤波器的发展现状 (2)1.3 论文组织 (3)第二章射频滤波器 (4)2.1 滤波器的分类 (4)2.2 滤波器的主要参数 (4)2.3 滤波器的综合设计和分析方法 (6)2.3.1 综合设计方法 (6)2.3.2 分析方法 (7)2.4 常见的射频滤波器 (7)第三章 worhbench设计与仿真 (9)3.1 workbench软件介绍 (9)3.2 模拟带通滤波器设计 (9)3.2.1 设计目的 (9)3.2.2 设计要求 (9)3.3滤波器的设计原理及组件选择 (9)3.3.1 滤波器介绍 (9)3.3.2 有源滤波器的设计 (10)3.3.3 滤波器类型的选择分析 (10)3.3.4 741运算放大器 (12)3.4.workbench电路仿真设计 (13)3.4.1 仿真电路图： (13)第四章微带滤波器的设计与仿真 (16)4.1微带线 (16)4.1.1 微带线传输的主模 (16)4.1.2 微带线的特性参量 (16)4.2耦合微带线 (16)4.3微波谐振器 (18)4.3.1 微波谐振器的基本参量 (18)4.3.2 谐振腔的等效电路 (20)4.4基本阻抗匹配理论 (20)4.4.1匹配电路的概念和意义 (20)4.4.2射频电路匹配网络 (21)4.5 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 (21)4.5.2 微带耦合滤波器的设计 (22)4.5.3 电路参数设置 (22)4.5.4 原理图仿真 (23)4.5.5 滤波器电路的优化 (25)4.6 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300MHz～300GHz的频段范围。
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当频率不高时，滤波器可以由集总元 件的电感和电容构成，但当频率高于 500MHz时，电路寄生参数的影响不可忽 略，滤波器通常由分布参数元件构成。
用插入损耗法设计滤波器，得到的是 集总元件滤波电路，频率高时需要将集总 元件滤波电路变换为分布参数电路实现。
本章首先讨论滤波器的类型；然后用 插入损耗法设计低通滤波器原型;进而通过 滤波器变换将低通滤波器原型变换为各种 类型的集总元件滤波器；最后讨论将集总 元件滤波器变换为各种分布参数滤波器。
图6.1 4种理想滤波器
6.2 用插入损耗法设计 低通滤波器原型
低通滤波器原型是设计滤波器的基础， 集总元件低通、高通、带通、带阻滤波器 以及分布参数元件滤波器，可以根据低通 滤波器原型变换而来。
本节用插入损耗作为考察滤波器的指 标，讨论低通滤波器原型的设计方法。
在插入损耗法中，滤波器的响应是用 插入损耗表征的。插入损耗定义为来自源 的可用功率与传送到负载功率的比值，用 dB表示的插入损耗定义为
图6.8 椭圆函数低通滤波器的响应
6.2.4 线性相位低通滤波器原
型
前面3种滤波器都是设定振幅响应， 但在有些应用中，线性的相位响应比陡峭 的阻带振幅衰减响应更为关键。
线性的相位响应与陡峭的阻带振幅衰 减响应不兼容，如果要得到线性相位，相 位函数必须有如下特征
式（6.13）表明相位的群时延是最平 坦函数。
第6 章 滤波器的设计
射频电路许多有源和无源部件都没有 获得精确的频率特性，因而在设计射频系 统时通常会加入滤波器，以非常精确地实 现预定的频率特性。滤波器是一个二端口 网络，允许所需要频率的信号以最小可能 的衰减通过，同时衰减不需要频率的信号。
镜像参量法和插入损耗法都可以用来 设计滤波器，现今大多数滤波器是采用插 入损耗法设计的，因其可以得到完整的频 率响应。本章讲述采用插入损耗法设计滤 波器。
1. 切比雪夫多项式
第N阶切比雪夫多项式是用TN(x)表示 的N次多项式。前4阶切比雪夫多项式是
2. 通带和阻带
ω<ωc是低通滤波器的通带；ω>ωc是 低通滤波器的阻带;ω=ωc是通带和阻带的 分界点。
3. 低通滤波器原型
切比雪夫低通滤波器原型假定源阻抗 为1Ω，截止频率为ωc=1。
图6.7 切比雪夫滤波器衰减随频率变化的对应关系
将低通滤波器原型的截止频率由1改 变为ωc（ωc≠1），在低通滤波器中需要用 ω/ωc代替低通滤波器原型中的ω，即
图6.9 低通滤波器原型到低通滤波器的频率变换
图6.10 例6.3用图
2. 低通滤波器原型变换为高通滤 波器
将低通滤波器原型变换为高通滤波器， 在高通滤波器中需要用－ωc/ω代替低通滤 波器原型中的ω，ωc为高通滤波器的截止 频率，即
插入损耗可以选特定的函数，随所需 的响应而定，常用的有通带内最平坦、通 带内有等幅波纹起伏、通带和阻带内都有 等幅波纹起伏和通带内有线性相位4种响应 的情形，对应这4种响应的滤波器称为巴特 沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆函数 滤波器和线性相位滤波器。
6.2.1 巴特沃斯低通滤波器原
型
如果滤波器在通带内的插入损耗随频 率的变化是最平坦的，这种滤波器称为巴 特沃斯滤波器，也称为最平坦滤波器。
由式（6.2），当N=2时最平坦响应为
图6.4 二元件低通滤波器原型
用同样的方法可以求出N元件低通滤 波器原型的元件取值。
图6.5 低通滤波器原型电路
6.2.2 切比雪夫低通滤波器原
型
如果滤波器在通带内有等波纹的响应， 这种滤波器称为切比雪夫滤波器，也称为 等波纹滤波器。
图6.6 等波纹低通滤波器的响应
6.5阶梯阻抗低通滤波器来自耦合微带线滤波器6.6
6.1 滤波器的类型6.1 滤波器的类型
滤波器有低通滤波器、高通滤波器、 带通滤波器和带阻滤波器4种基本类型。
理想滤波器是不存在的，实际滤波器 与理想滤波器有差异。实际滤波器既不能 实现通带内信号无损耗地通过，也不能实 现阻带内信号衰减无穷大。
以低通滤波器为例，实际低通滤波器 允许低频信号以很小的衰减通过滤波器， 当信号频率超过截止频率后，信号的衰减 将急剧增大。
对于低通滤波器，最平坦响应的数学 表示式为
图6.2
低通滤波器的最平坦响应
图6.3 低通巴特沃斯滤波器衰减随频率变化的对应关系
2. 低通滤波器原型
滤波器可以由集总元件电感和电容构 成。考虑图6.4所示的二元件电路，是一个 低通滤波器，下面将对最平坦响应推导出 图中元件L和C的值。
采用低通滤波器原型，假定其源阻抗 为1Ω，截止频率为ωc=1。
图6.11 低通滤波器原型到高通滤波器的频率变换
3. 低通滤波器原型变换为带通和 带阻滤波器
低通滤波器原型也能变换到带通和带 阻滤波器响应的情形。
图6.12示出了低通滤波器原型到带通 和带阻滤波器的频率变换，图6.12(a)为低 通滤波器原型响应；图6.12(b)为带通滤波 器响应；图6.12(c)为带阻滤波器响应。
平行耦合微带传输线通常由靠得很近的3个 导体构成（如图624所示），这种结构介 质厚度为d，介质相对介电常数为εr，在介 质的下面为公共导体接地板，在介质的上 面为2个宽度为W、相距为S的中心导体带。
6.1
滤波器的类型
用插入损耗法设计低通滤波器原型
6.2
6.3
滤波器的变换 短截线滤波器的实现
6.4
6.2.3 椭圆函数低通滤波器原
型
最平坦响应和等波纹响应两者在阻带 内都有单调上升的衰减。
在有些应用中需要设定一个最小阻带 衰减，在这种情况下能获得较好的截止陡 度，这种类型的滤波器称为椭圆函数滤波 器。
椭圆函数滤波器在通带和阻带内都有 等波纹响应，如图6.8所示。对于椭圆函数 滤波器这里不做进一步的讨论，相关内容 可以查阅参考文献。
6.3 滤波器的变换
6.3.1 阻抗变换
6.3.2 频率变换
将归一化频率变换为实际频率，相当 于变换原型中的电感和电容值。
通过频率变换，不仅可以将低通滤波 器原型变换为低通滤波器，而且可以将低 通滤波器原型变换为高通滤波器、带通滤 波器和带阻滤波器。下面分别加以讨论。
1. 低通滤波器原型变换为低通滤 波器