平面带通滤波器设计说明
带通滤波器设计任务书
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导老师：刘辛工作单位：武汉理工大学理学院
题目：带通滤波器设计
初始条件：直流可调稳压电源一台、信号发生器一台、示波器一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具
体要求）
1、技术要求：
设计一个有源滤波电路，使它能通过规定范围的频率信号（通带范围自己选定），测量幅频特性，求出带通滤波器的带宽并与理论值相比较，通过测量通带内输入输出电压，算出通带电压放大倍数。
2、主要任务：
（一）设计方案
（1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；
（2）以模拟器件电路为主，设计一个带通滤波器（实现方案）；
（3）依据设计方案，进行预答辩；
（二）实现方案
（4）根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；
（5）查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；
（6）在面包板上组装电路；
（7）自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；
（8）撰写设计说明书，进行答辩。
3、撰写课程设计说明书：
封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期
任务书
目录（自动生成）
正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；
4、调试过程及结论；
5、心得体会；
6、参考文献
成绩评定表
时间安排：
课程设计时间：17周－18周
17周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；
18周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。
指导教师签名：年月日
系主任（或负责老师）签名：年月日。
带通滤波器设计
LC椭圆函数带通滤波器设计要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。
③运行Filter Solutions程序。
点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。
在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。
④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。
在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。
⑤点击“电路”按钮。
Filter s。
lutions提供了两个电路图。
选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。
⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。
带通滤波器的Q 值为：把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。
使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。
⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。
变换后的滤波器见图1（c）。
在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。
⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。
将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104，FSF=2πfe=1.0882×105。
最终的滤波器见图1（d）。
图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。
频率响应见图1（e）。
滤波器的主要参数滤波器的主要参数（Definitions) 中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的中心频率f 0 ，一般取f 0 =（f 1 +f 2 ）/2，f 1 、f 2 为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。
平行耦合微带线带通滤波器调试经验
平行耦合微带线带通滤波器调试经验1.通过分析平行耦合微带线带通滤波器的电路结构,提出了一种消除滤波器带宽偏离指定设计带宽和在截止频率附近缓和通带内电压驻波比波动过大的方法.疑问：1.什么是电压驻波比？为什么会导致电压驻波比波动过大？有什么危害？解决的办法？2.远距滤波器的基本单元：就是由2条距离很将近的微带线形成的均衡耦合节,在这2条微带线之间可以产生电磁耦合现象,微带线的奇模、偶模通过公共直奔地板产生的耦合效应产生了奇模特性阻抗(zoo)和偶模特性阻抗(zoe).当微带线长度为滤波器中心频率对应波长的1/4时,微带线就具有了远距滤波器特性,即可形成一个均衡耦合节.由于使用单个远距滤波器单元无法赢得较好的滤波器积极响应和平缓的通带回阻带的过渡阶段,因此常将n+1个均衡耦合节级连以形成平行耦合微带线远距滤波器。
均衡耦合节的两端存有短路、开路2种结构疑问：为什么微带线长度为滤波器中心频率对应波长的四分之一，微带线就具备了带通滤波器的特性？3.带通滤波器的设计步骤：1、制定滤波器的技术要求2、根据技术建议,选取设计方法和挑选最合适的标准低通滤波器参gk(k=0,1,?,n,n+1)3、确认归一化频宽、上边频和下边频,按公式排序奇模、偶模的特征电阻值,从而确认微带线的间隔、宽度、长度4、应用eda工具对初步设计进行仿真、优化,然后进行误差分析或谐范围分析以进一步提高设计质量5、制作样品.疑点：史密斯圆怎么看看？如何排序滤波器的技术参数：截止频率，拎内膨胀，charged膨胀，微带线尺寸如何挑选和排序。
什么就是拎内波纹，如何排序，对滤波器存有和影响？采用ads软件优化过后，采用手工调节曲线时发现改变某些参数时曲线将规律的变化。
具体经验如下：1.当减小s1的值时，s11曲线下移，增大时，s11曲线上移，若曲线中通带内波纹过大，也可以通过调节s1来使得曲线变得光滑，减小带内纹波，当s1减小时还可以使得s11和s21曲线之间的距离增大。
有源带通滤波器设计
有源带通滤波器设计引言有源带通滤波器是一种常见的滤波器类型，用于滤除特定频率范围内的信号。
本文将介绍有源带通滤波器的设计过程和原理，以及如何使用基本电路元件实现。
有源带通滤波器原理有源带通滤波器是一种组合了放大器和带通滤波器的电路。
通过选择合适的放大器增益和滤波器参数，可以实现在一定频率范围内放大输入信号，并抑制其他频率上的信号。
有源带通滤波器的基本原理是选择适当的带通滤波器作为前馈网络，将放大器的输出信号反馈到滤波器的输入端，以实现对特定频率范围内的信号的放大。
有源带通滤波器设计步骤有源带通滤波器的设计过程可以分为以下几个步骤：步骤1：确定滤波器参数首先需要确定希望滤波器通过的频率范围。
这个范围可以根据具体的应用需求来确定。
同时还需要确定滤波器的截止频率和带宽。
这些参数将在后续的设计中使用。
步骤2：选择放大器根据滤波器的参数和所需增益，选择合适的放大器。
放大器的增益应该满足滤波器要求的放大倍数。
步骤3：设计前馈网络根据所选的放大器和滤波器参数，设计前馈网络。
前馈网络应具有带通滤波器的特性，可以选择不同的滤波器拓扑结构，如巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等。
步骤4：选择反馈电阻选择合适的反馈电阻，以实现对滤波器输出信号的反馈。
步骤5：分析、模拟和优化进行电路分析和模拟，通过调整电路参数来优化滤波器的性能。
可以使用电路仿真软件进行模拟，并使用适当的优化方法来改善滤波器的频率响应和增益特性。
步骤6：实现电路根据设计结果，通过选取合适的电路元件来实现滤波器电路。
注意选择适当的操作放大器供电电压和电源。
有源带通滤波器设计示例下面是一个示例设计过程，以说明有源带通滤波器的设计思路。
步骤1：确定滤波器参数假设我们希望设计一个有源带通滤波器，通过频率范围为1kHz到10kHz的信号。
截止频率选择为2kHz，带宽选择为1kHz。
步骤2：选择放大器根据所需增益，选择一个增益足够的放大器。
假设选择一个增益为20倍的放大器。
1到30赫兹的带通滤波器-概述说明以及解释
1到30赫兹的带通滤波器-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在撰写本文中，我们将重点介绍1到30赫兹的带通滤波器。
带通滤波器是一种常见的电子滤波器，用于选择特定范围内的频率信号。
在本文中，我们将探讨其概念、工作原理和应用。
带通滤波器的基本原理是通过阻止或放行特定频率范围内的信号来实现滤波效果。
比如在1到30赫兹的频率范围内，滤波器可以过滤掉低于1赫兹和高于30赫兹的信号，只保留在这个范围内的信号。
这就使得滤波器非常适用于许多应用，如声音处理、通信系统和医学设备等。
带通滤波器通常由一个低通滤波器和一个高通滤波器级联而成。
低通滤波器可以将低于截止频率的信号通过，而高通滤波器可以将高于截止频率的信号通过。
当这两个滤波器结合在一起时，就形成了一个带通滤波器。
带通滤波器在各个领域都有广泛的应用。
在音频处理中，它可以用于消除噪音，提升音频质量。
在通信系统中，带通滤波器可以用来选择特定频段的信号，以便传输和接收。
在医学设备中，它可以用于识别和分析特定频率范围内的生物信号，如心电图和脑电图等。
综上所述，本文将详细介绍1到30赫兹的带通滤波器的概念、工作原理和应用。
通过阅读本文，读者将能够更好地理解带通滤波器的作用和重要性，并在相关领域中应用其知识。
接下来的章节将进一步探讨带通滤波器的细节和实际应用案例。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述:2.1 赫兹与频率的关系首先，我们将介绍赫兹与频率之间的关系。
赫兹是表示每秒周期性事件发生次数的单位，常用于描述声波、电磁波等波动现象的频率。
频率则是指每单位时间内所发生的周期性事件的次数，通常以赫兹为单位进行衡量。
我们将详细探讨赫兹与频率之间的转换关系，以便读者能够更好地理解本文涉及到的带通滤波器的工作原理。
2.2 带通滤波器的定义与原理在这一部分，我们将详细介绍带通滤波器的定义和原理。
带通滤波器是一种能够通过特定频率范围内的信号，而削弱或排除其他频率范围内的信号的设备。
带通滤波器的设计报告
带通滤波器的设计报告1.引言带通滤波器是一种电子电路，用于通过一定频率范围内的信号，而抑制超过该范围的信号。
在很多应用中，带通滤波器被用于选择或加强特定频率范围的信号，从而起到信号处理和频率分析的作用。
本报告将介绍带通滤波器的设计原理和步骤，并通过实际设计一个示例电路，进一步说明带通滤波器的应用和效果。
2.带通滤波器的基本原理带通滤波器通过将一个中心频率附近一定范围内的频率信号传递，而阻止低于和高于该频率范围的信号。
常见的带通滤波器包括：无源滤波器（如LC滤波器）、有源滤波器（如运算放大器滤波器）和数字滤波器（如数字信号处理器滤波器）等。
本报告将重点介绍一种常用的无源滤波器，即LC带通滤波器。
3.带通滤波器的设计步骤（1）确定中心频率和通带宽度：根据实际需求确定所需传递的频率范围，确定带通滤波器的中心频率和通带宽度。
例如，选择中心频率为10kHz，通带宽度为2kHz。
（2）计算所需的滤波器元件数值：根据所选中心频率和通带宽度的数值，结合滤波器设计公式，计算所需的电感（L）和电容（C）数值。
以LC带通滤波器为例，计算出所需电感和电容的数值。
（3）电路设计和模拟：根据计算结果，设计一个示例电路，并进行模拟分析和调试，以确认设计的有效性和滤波器的性能。
（4）电路实现和测试：根据设计的电路图，选择合适的元件进行实现，并进行测试，以验证实际效果和满足设计要求。
4.示例电路设计在本示例中，选择中心频率为10kHz，通带宽度为2kHz的带通滤波器。
根据计算结果，选择电感1mH和电容39nF。
示例电路图如下：```_______L_______Vin --- R1 --- C1_____L___________C_____R2_______L_______GND---R3---C2_____L_____GND```5.模拟分析和调试通过使用电路模拟软件，对示例电路进行分析和调试。
根据实际测试要求，选择合适的信号源输入和测量设备，并对电路的频率响应和增益进行分析和调整，以确保实际满足设计要求。
毕业设计LC带通滤波器的设计与仿真设计
毕业设计LC带通滤波器的设计与仿真设计引言：滤波器是电子电路中非常重要的一个部分，它可以对输入信号进行频率选择性的处理。
而LC带通滤波器是一种常见的滤波器，它能够选择特定的频带通过，达到滤波的目的。
本文将介绍LC带通滤波器的设计和仿真，并带有实际案例进行说明。
设计目标：设计一个LC带通滤波器，达到对输入信号的特定频率带进行增强或抑制的效果。
设计的滤波器需要满足以下要求：1.通带范围：10kHz-20kHz2.阻带范围：0-5kHz和25kHz-正无穷大3.通带衰减：小于3dB4.阻带衰减：大于40dB设计步骤：1.确定滤波器的类型和拓扑结构。
对于LC带通滤波器，常用的拓扑结构有L型和π型两种。
本文选择π型结构进行设计。
2.根据设计要求，计算滤波器的理论参数。
计算中需要考虑到通带范围、阻带要求和通带衰减等因素。
3.根据计算结果，选择合适的电感和电容值。
4.绘制原理图，并进行仿真。
使用专业的电子设计自动化(EDA)软件进行仿真，如SPICE仿真软件。
5.优化滤波器的性能。
根据仿真结果进行进一步调整，优化滤波器的通带范围和衰减性能。
仿真设计案例：选取一个实例进行LC带通滤波器的设计和仿真。
示例要求：通带范围：12kHz-18kHz阻带范围：0-10kHz和20kHz-正无穷大通带衰减：小于2dB阻带衰减：大于50dB设计步骤：1.选择π型结构，选取合适的电感和电容值。
2.计算得到电感值为L=100μH，电容值为C1=22nF和C2=47nF。
3.绘制原理图，并进行SPICE仿真。
4.仿真结果显示，滤波器在通带范围内的衰减小于2dB，在阻带范围内的衰减高于50dB。
5.进行微调和优化，根据需要调整电感和电容值，以获得更理想的滤波器性能。
结论：通过设计和仿真，成功地完成了LC带通滤波器的设计过程。
根据示例结果，可见所设计的滤波器在设计要求范围内达到了优良的滤波效果。
这个设计过程可以用于其他LC带通滤波器的设计，只需根据实际要求进行参数选择和优化。
带通滤波器设计--模拟电子技术课程设计报告
带通滤波器设计--模拟电⼦技术课程设计报告模拟电⼦技术课程设计报告带通滤波器设计班级：⾃动化1202姓名：杨益伟学号：120900321⽇期：2014年7⽉2⽇信息科学与技术学院⽬录第⼀章设计任务及要求1、1设计概述------------------------------------31、2设计任务及要求------------------------------3 第⼆章总体电路设计⽅案2、1设计思想-----------------------------------42、2各功能的组成-------------------------------52、3总体⼯作过程及⽅案框图---------------------5 第三章单元电路设计与分析3、1各单元电路的选择---------------------------63、2单元电路软件仿真---------------------------8 第四章总体电路⼯作原理图及电路仿真结果4、1总体电路⼯作原理图及元件参数的确定---------94、2总体电路软件仿真---------------------------11 第五章电路的组构与调试5、1使⽤的主要仪器、仪表-----------------------125、2测试的数据与波形---------------------------125、3组装与调试---------------------------------145、4调试出现的故障及解决⽅法-------------------14 第六章设计电路的特点及改进⽅向6、1设计电路的特点及改进⽅向-------------------14 第七章电路元件参数列表7、1 电路元件⼀览表---------------------------15 第⼋章结束语8、1 对设计题⽬的结论性意见及改进的意向说明----168、2 总结设计的收获与体会----------------------16 附图(电路仿真总图、电路图)参考⽂献第⼀章设计任务及要求1、1设计概述：带通滤波器是指允许某⼀频率范围内的频率分量通过、其他范围的频率分量衰减到极低⽔平的滤波器。
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一设计选题
选题：平面带通滤波器设计与测量
微带基片选择：RO5880
板材厚度：0.254mm
指标要求：
通带围12.25GHz-12.75GHz（中心频率12.5GHz 相对带宽4%）
带插损IL小于4dB
带反射系数RL大于10dB
边带抑制：13GHz以上至少抑制15dB
14-16 GHz抑制30dB以上
12GHz以下至少抑制15dB
11GHz以下至少抑制40dB
8-10GHz以下至少抑制50dB
在上述指标要求达成的前提下，过渡带宽越窄越好；归一化滤波器的面积越小越好。
二基本原理
2.1 滤波器设计方案的选取
本次设计的主要评分指标之一为滤波器的选择性，为了实现高选择性的带通滤波器，本文利用源-负载耦合，交叉耦合，以及混合电磁耦合等方式在带外适当位置引入传输零点，从而大大改善了带通滤波器的矩形度。
该设计思路优势在于可以方便地调节传输零点的位置，从而改善带通滤波器的矩形度。
但是随着滤波器的矩形度不断提
高，对于滤波器通带外的抑制也随之恶化，故设计中需要考虑在满足带外抑制要求的前提下尽量使滤波器获得较好的矩形度。
另外，滤波器的阶数也会对滤波器的矩形度产生巨大影响。
随着滤波器阶数的提高，滤波器的矩形度逐渐改善。
但与此同时，滤波器的带插损也逐渐恶化。
故在滤波器的设计过程中需要权衡矩形度与带插损两个指标要求，选择合适的滤波器阶数。
除此之外本次滤波器的设计还需考虑到介质基板板材与厚度的选取对于滤波器性能参数的影响。
首先考虑到要求插损越高越好，故选取了损耗正切较小的板材RO5880，其损耗正切为0.0009，介电常数为2.2。
板材厚度的选取主要是考虑到了其对于滤波器尺寸以及插损的影响。
较薄的介质板可以使滤波器的尺寸进一步减小，但是与此同时，滤波器的插损也会变差。
权衡考虑滤波器的尺寸以及插损的要求，本文选取介质基板厚度为0.254mm。
最终，本文采用六阶交叉耦合谐振腔体滤波器设计方案，其基本谐振单元的结构为如图2.1所示的半波长开环谐振器。
整个滤波器的耦合拓补结构见图2.2。
最终设计得到的滤波器结构如图2.3所示。
图2.1 基本谐振单元
图2.2 滤波器耦合拓补结构
图2.3 滤波器整体结构
2.2 滤波器的设计步骤
本文的耦合谐振带通滤波器是基于外部品质因数和耦合系数进行设计的。
而外部品质因数和耦合系数与所要涉及的滤波器的指标之间有如下关系：
式中FBW为滤波器的相对带宽，本文所涉及的滤波器要求
FBW=4%。
,n为滤波器的阶数，g i为低通滤波器原型的元件值。
根据滤波器的综合理论，通过综合给定的滤波器各项指标要求，再结合上式可以得到与该设计指标相对应的耦合矩阵以及源和负载的外部品质因数。
根据题目要求运用MATLAB程序所综合出的耦合矩
阵如下：
理想的S参数如下
3.1 理想S参数曲线
注意此处计算耦合矩阵时为了考虑边带附近衰减而将通带围设为12.2GHz-12.8GHz，相对带宽为4.8%。
关于该耦合矩阵，除第二行第一列与第一行第二列的两个元素表征源端的品质因数，第八行第七列与第七行第八列的两个元素表征负载端外部品质因数外，该矩阵的其他矩阵元素S[m,n]表示的是第m-1
与第n-1个谐振器之间的耦合系数。
此外，外部品质因数的计算公式如下：
其中f0表示中心频率，而τd（f0）表示S11的群时延峰值处的大小。
本文计算得到的外部品质因数为20.83。
三滤波器物理尺寸的提取
3.1 谐振器之间的耦合系数提取
从上文给出的滤波器结构中可以发现，谐振器之间存在着多种耦合方式。
如谐振器2与5之间的耦合方式为电耦合；谐振器3与4之间的耦合方式为磁耦合；而其他谐振器之间则表现为电磁混合耦合。
对于两个相互耦合的谐振器，由于它们之间的距离不同将会得到不同的耦合系数。
谐振器之间的耦合系数关于距离的曲线可以通过HFSS 软件的全波仿真并结合如下公式来提取。
其中f u与f l分别表示谐振器的上下谐振频率。
根据上文得到的耦合矩阵再结合HFSS电磁仿真软件仿真得到的耦合系数关于距离的曲线就可以很方便地确定两个谐振器之间的距离。
根据以上方法得到的耦合系数与谐振器间距的关系曲线如下图：
图 3.2谐振器1，2之间的耦合
图 3.4谐振器3，4之间的耦合
图 3.5谐振器2，5之间的耦合
由前面的耦合矩阵可知，当1,2谐振器之间距离约为0.315mm；2,3谐振器之间距离约为0.5mm；3,4谐振器之间距离约为0.61mm时就能得到满足要求的耦合系数。
由前面的耦合矩阵可知谐振器2与5之间需要达到的耦合系数为-0.0042。
图中不好看出其对应的距离，因此该参数通过后期优化来使其达到最佳。
3.2 外部品质因数的提取
由于调节馈电点的位置可以获得不同的外部品质因数。
故而计算出外部品质因数就可以对应地得到馈电点的位置。
运用HFSS仿真得到的滤波器外部品质因数与馈电点位置之间的关系曲线如下图所示：
图3.6外部品质因数
由前面计算的外部品质因数可得此处对应的馈电点位置约为0.79mm。
3.3 总结
通过以上两步已经提取得到了滤波器的基本结构的物理参数。
但是由于所运用的设计方法的系统误差以及考虑到实物的加工精度问题导致的误差，需要对初提取的参数进行优化。
最终得到的参数见下表3.1。
表 3.1 优化后的参数设置
四HFSS模型及仿真结果
本次设计所使用的介质基板板材为RO5880，基板厚度为0.254mm。
表面敷铜厚度为0.018mm以仿真设计实物的导体损耗。
其他参数见表3.1。
最终设计得到的HFSS模型如下图：
图4.1 交叉耦合微带滤波器HFSS模型
对该模型进行仿真得到的结果如下：
图4.2 滤波器的S参数
图4.3 S参数的宽频特性曲线
图 4.4 滤波器群时延特性曲
从图4.2中观察得到的仿真结果与课题要求对比结果见表4.1：
指标设计要求仿真结果达标情况通带围12.25GHz-12.75GHz 12.25GHz-12.75GHz √
带插损<4dB 3.39dB-3.56dB 优于指标带驻波>10dB >14.3dB 优于指标
13GHz以上
>15dB >34.9dB 优于指标
边带抑制
>30dB >65.2dB 优于指标
14-16GHz
边带抑制
12GHz以下
>15dB >32.3dB 优于指标
边带抑制
11GHz以下
>40dB >60.68dB 优于指标
边带抑制
8-10GHz边
>50dB >60.68dB 优于指标带抑制
表 4.1 设计结果达标情况
从图4.3中可以发现寄申通带位于25GHz左右，能够达到实际使用中原理通带的要求，另外仿真结果还显示对于寄申通带的抑制均在28dB以下。
由于本次设计采用半波长谐振器，故寄申通带出现在二倍频处，且能够得到有效抑制。
由于引入了传输零点，故群时延形曲线的对应频率出出现了尖峰。
接下来，为了使仿真得到的结果与实测的结果尽可能的接近，接下来给所设计的滤波器外加适当的结构件进行仿真。
设计模型如下：
图4.5 加结构件共同仿真模型图
仿真后得到的结果如下所示：
图4.6 加结构件共同仿真的S参数
可以看到，在19GHz处出现了谐振，可能是由于结构件的谐振所造成的。
可以考虑通过在结构件的顶部附加吸波材料来解决这一问题。
我们通过将结构件的上表面设置成辐射边界条件来模拟附加吸波材料的情况，得到的结果如下：
图4.7 结构件顶部设为辐射边界后的S参数
从结果图可以看出，在结构件顶部增加吸波材料后，19GHz处的尖峰被有效的消除了。
图4.8六阶开环滤波器PCB版图。