宽阻带微带低通滤波器的设计与研究
小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案

[导读]本文提出一种小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案。
本方案采用半波长阶跃阻抗谐振器结构,且在不相邻的谐振器之间引入交叉耦合,从而在滤波器的阻带上产生了2个传输零点,使阻带抑制在3.95~13.27 GHz小于-20 dB,使寄生通带在中心频率的3.92倍处。
方案中所设计的滤波器的最终尺寸仅为12.2 mm×11.5 mm,即0.21λg×0.2λg,相比于传统的发夹型滤波器,此滤波器的体积减小了63.5%,而且实测的结果与仿真结果达到了较好的一致性。
0 引言近年来,随着移动通信系统、雷达系统以及超宽带通信系统的发展,小型化、宽阻带性能的滤波器在实际应用中受到了广泛关注。
传统的并联分支线低通滤波器和半波长平行耦合线滤波器的寄生通带都位于中心频率的2倍处,而传统的阶跃阻抗谐振滤波器的寄生通带在中心频率的2.5倍处左右,应用时很难获得宽阻带的抑制效果。
而且此类滤波器的尺寸较大,阻带窄,受微带加工最小宽度的限制,滤波器的性能受到一定的制约。
为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性,需要增加短路或开路短截线数,但这会进一步增大电路尺寸,并且在通带内引入更多的插入损耗。
通过在有限频率处引入传输零点可以获得较好的频率选择特性及带外抑制。
在滤波器的设计中,交叉耦合被广泛用来在阻带引入有限传输零点,这些传输零点可以很好地改善带边过渡特性及阻带抑制能力。
本文首先分析了阶跃阻抗谐振器的结构原理、三阶交叉耦合结构原理,随后提出了一种小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案,其寄生通带在中心频率的约4倍处,比一般的滤波器具有更宽的阻带,并对仿真与实测结果进行了分析,且得到了较好的一致性。
1 基本设计理论1.1 阶跃阻抗谐振器原理阶跃阻抗谐振器常采用λg /4 型、λg/ 2 型或λg 型三种基本谐振结构,其中λg /2 型谐振器的基本结构如图1所示,为非等电长度半波长结构,由特征阻抗分别由Z1 和Z2 的传输线组成,其对应电长度为θ1 和θ2.如果忽略结构中的阶跃非连续性和开路端的边缘电容,从开路端看的输入导纳Yin 为:式中:K 为阻抗比,定义为K = Z2 Z1.为设计方便,取θ1 = θ2 = θ,则式(1)简化为:其谐振条件为:Yin = 0,得其基频振荡条件为K = Z2 Z1 = tan 2θ。
低通滤波器的设计与实现

低通滤波器的设计与实现在信号处理和通信系统中,滤波器是一种重要的工具,用于调整信号的频率分量以满足特定的需求。
低通滤波器是一种常见的滤波器类型,它能够通过去除高于截止频率的信号分量,使得低频信号得以通过。
本文将探讨低通滤波器的设计原理和实现方法。
一、低通滤波器的设计原理低通滤波器的设计基于滤波器的频率响应特性,通过选择合适的滤波器参数来实现对信号频谱的调整。
常见的低通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
1. 巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器是一种常见的低通滤波器,具有平坦的幅频特性,在通带内没有波纹。
其特点是递归性质,可以通过级联一阶巴特沃斯滤波器得到高阶滤波器。
巴特沃斯滤波器的设计需要确定截止频率和阶数两个参数。
截止频率确定了滤波器的频率范围,阶数决定了滤波器的陡峭程度。
常用的巴特沃斯滤波器设计方法有极点分布法和频率转换法。
2. 切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器是一种具有优异滚降特性的低通滤波器,可以实现更陡峭的截止特性。
与巴特沃斯滤波器相比,切比雪夫滤波器在通带内存在波纹。
切比雪夫滤波器的设计需要确定截止频率、最大允许通带波纹和阶数三个参数。
最大允许通带波纹决定了滤波器的陡峭程度。
常用的切比雪夫滤波器设计方法有递归法和非递归法。
3. 椭圆滤波器椭圆滤波器是一种折衷设计,可以实现更陡峭的截止特性和更窄的过渡带宽度。
与切比雪夫滤波器相比,椭圆滤波器在通带内和阻带内都存在波纹。
椭圆滤波器的设计需要确定截止频率、最大允许通带和阻带波纹、过渡带宽和阶数五个参数。
最大允许通带和阻带波纹决定了滤波器的陡峭程度,过渡带宽决定了滤波器的频率选择性。
常用的椭圆滤波器设计方法有变换域设计法和模拟滤波器转换法。
二、低通滤波器的实现方法低通滤波器的实现方法多种多样,常见的包括模拟滤波器和数字滤波器两类。
1. 模拟滤波器模拟滤波器是基于模拟电路实现的滤波器,其输入和输出信号都是连续的模拟信号。
常见的模拟滤波器包括电容滤波器、电感滤波器和LC滤波器。
【完整版毕业论文】巴特沃斯有源低通滤波器的设计

巴特沃斯有源低通滤波器的设计摘要随着社会科学技术的飞速发展,各种科技产品在人类社会中随处可见,极大的丰富了人们的日常生活。
物联设备、可穿戴设备以及虚拟仪器产品在各种应用和消费场合变得极为普遍。
就目前而言,在几乎所有的电子产品中,各种增益、带宽以及高性能的滤波器都发挥着至关重要的作用,例如可穿戴设备的语音信号输入系统中,运用高性能的低通滤波器进行语音信号的降噪、滤波、回声消除,来提高系统的音质和语音识别精准度等。
本论文通过对各种低通滤波器的通频带、增益和截止频率的分析,采用通频带最大扁平度技术(巴特沃斯技术)来设计实现四阶高性能低通滤波器,通过Multisum仿真软件,验证了设计的正确性。
在这基础上,本文还对如何提高该滤波器的响应速度进行了研究,提出了一种有效的提高响应速度的方案,并通过仿真软件得以验证。
这在低通滤波器的理论以及实际工程应用中,都具有非常重要的意义。
关键词:有源低通滤波器,巴特沃斯,运算放大器Design of Butterworth Active Low Pass FilterABSTRACTWith the rapid development of social science and technology, various technological products can be seen everywhere in human society, which greatly enriches people's daily lives. IoT devices, wearable devices, and virtual instrument products have become extremely common in various applications and consumer occasions. For now, in almost all electronic products, various gains, bandwidths, and high-performance filters play a vital role. For example, in the voice signal input system of wearable devices, the use of high-performance low-pass The filter performs noise reduction, filtering, and echo cancellation of the speech signal to improve the sound quality of the system and the accuracy of speech recognition.In this paper, through the analysis of the passband, gain and cutoff frequency of various low-pass filters, the maximum flatness of the passband technology (Butterworth technology) is used to design and implement a fourth-order high-performance low-pass filter, through Multisum simulation software To verify the correctness of the design. On this basis, this paper also studies how to improve the response speed of the filter, and puts forward an effective scheme to improve the response speed, which is verified by simulation software. This is of great significance in the theory of low-pass filters and in practical engineering applications.KEYWORDS:active low-pass filter,butterworth,amplifier1绪论1.1 引言在近现代的科技发展中,滤波器作为一种必不可少的组成成分,在仪器仪表、智能控制、计算机科学、通信技术、电子应用技术和现代信号处理等领域有着十分重要的作用。
一种新颖的小型宽阻带低通滤波器

e rtp r g t h q e ,t e p p s d s u tr c i e o e p l v l n t e p s b n d w d a d d a e i c n u s h r o e t c ea he slw rr pe l e a s a d a e b n w t a n e i o r u v i e i h n i i h
摘 要 : 出了一种新颖的具有 c 提 一型几何结构的小型宽 阻带低通滤波器。通过 弯曲微 带线, 缩减
了低通 滤 波器尺 寸。采 用补偿 线和渐 变技 术对微 带线进行 调整 , 所提 出的低 通滤 波 器获得 了低 插 使
损, 同时获得宽阻带。对提 出的结构作 了加工并进行 了实物测量 , 结果表明, 所设计滤波器的通带反
i h tp a d.T e srcu e i a rc t d me s rd。a d te r s l h w a e ma i l rt r os n te so b n h tu tr sfb iae a a u e d n n e u t s o t tt xma u n ls h s h h e
c mp r d w t esz t ec n e t n tag t tu tr s y e ly n o e n ae c ti iea d ln o ae h t ieo h o v n i a sr ih r cu e .B mpo ig c mp s tdmimsrp l n i — i h f ol s n
小型化宽阻带微带带通滤波器的设计

小型化宽阻带微带带通滤波器的设计作者:胡昌海熊祥正吴彦良来源:《现代电子技术》2013年第19期摘要:提出一种小型化宽阻带微带带通滤波器,采用半波长阶跃阻抗谐振器结构,且在不相邻的谐振器之间引入交叉耦合,从而在滤波器的阻带上产生了2个传输零点,使阻带抑制在3.95~13.27 GHz小于-20 dB,使寄生通带在中心频率的3.92倍处。
滤波器的最终尺寸仅为12.2 mm×11.5 mm,即0.21λg×0.2λg,相比于传统的发夹型滤波器,此滤波器的体积减小了63.5%,而且实测的结果与仿真结果达到了较好的一致性。
所提出的滤波器具有更宽的带外抑制,更小的尺寸,且设计简单,在工程领域具有实际的应用价值。
关键词:阶跃阻抗谐振器;交叉耦合;小型化;宽阻带中图分类号: TN713.5⁃34 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2013)19⁃0080⁃030 引言近年来,随着移动通信系统、雷达系统以及超宽带通信系统的发展,小型化、宽阻带性能的滤波器在实际应用中受到了广泛关注。
传统的并联分支线低通滤波器和半波长平行耦合线滤波器的寄生通带都位于中心频率的2倍处,而传统的阶跃阻抗谐振滤波器的寄生通带在中心频率的2.5倍处左右,应用时很难获得宽阻带的抑制效果。
而且此类滤波器的尺寸较大,阻带窄,受微带加工最小宽度的限制,滤波器的性能受到一定的制约。
为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性,需要增加短路或开路短截线数,但这会进一步增大电路尺寸,并且在通带内引入更多的插入损耗。
通过在有限频率处引入传输零点可以获得较好的频率选择特性及带外抑制。
在滤波器的设计中,交叉耦合被广泛用来在阻带引入有限传输零点,这些传输零点可以很好地改善带边过渡特性及阻带抑制能力。
本文首先分析了阶跃阻抗谐振器[1]的结构原理、三阶交叉耦合结构原理[2-4],随后设计了一个宽阻带滤波器,其寄生通带在中心频率的约4倍处,比一般的滤波器具有更宽的阻带,并对仿真与实测结果进行了分析,且得到了较好的一致性。
微带低通滤波器的设计1

微带低通滤波器的设计一、题目低通滤波器的设计技术参数:f < 900MHz;通带插入损耗;带外100MHz损耗;特性阻抗Z0=50 Ohm。
仿真软件:HFSS二、设计过程1、参数确定:设计一个微带低通滤波器,其技术参数为f < 900MHz;通带插入损耗;带外100MHz损耗;特性阻抗Z0=50 Ohm 。
2、设计方法:用高、底阻抗线实现滤波器的设计,高阻抗线可以等效为串联电感,低阻抗线可以等效为并联电容,计算各阻抗线的宽度及长度,确保各段长度均小于λ/8(λ为带内波长)。
3、设计过程:(1)确定原型滤波器:选择切比雪夫滤波器,Ώs = fs/fc = 1.82,Ώs -1 = 0.82及Lr = 0.2dB,Ls >= 30,查表得N=5,原型滤波器的归一化元件参数值如下:g1 = g5 = 1.3394,g2 = g4 = 1.3370,g3 = 2.1660,gL= 1.0000。
该滤波器的电路图如图1所示:图1(2)计算各元件的真实值:终端特性阻抗为Z0=50Ώ,则有C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*9*10^8*50) = 4.7372 pF,C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*9*10^8*50) = 7.6606 pF,L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*9*10^8) = 11.8277 nH。
(3)计算微带低通滤波器的实际尺寸:设低阻抗(电容)为Z0l = 15Ώ。
经过计算可得W/d = 12.3656,ε e = 2.4437,则微带宽度 W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm,各段长度 l1 = l5 = Z0l*Vpl*C1 =15*3*10^11/sqrt(2.4437)*4.7372*10^-12 = 13.6370mm,l3 = Z0l*Vpl*C3 =15*3*10^11/sqrt(2.4437)*7.6606*10^-12= 22.0526mm,带内波长λ = Vpl/f =3*10^11/(sqrt(2.4437)9*10^8) = 213.23780mm,λ/8 = 26.654725mm,可知各段均小于λ/8,符合要求。
低通滤波器论文:小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究

低通滤波器论文:小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究【中文摘要】随着雷达技术和无线通信等无线电技术的飞速发展,微波射频电路与系统越来越受到广泛的重视。
微波滤波器是其中的重要组成部分之一,其性能的优劣很大程度决定了系统的工作质量。
各种功能的系统相继开发,使得微波频谱资源日趋紧张,频率间隔不断缩小,这就对滤波器提出了更高的要求。
其中微带滤波器以其具有较高性能、尺寸小、设计周期短、易于集成、用光刻技术易于加工等优点得到广泛的应用。
近年来,高性能基板材料的研发使微带滤波器可以应用在很大的频率范围,从而使微带滤波器成为最常用的滤波器类型。
低通滤波器是滤波器的重要组成之一,其用在发射端前级或接收端的后级,用于滤除不需要的高频段信号。
低通滤波器的带外抑制是一个重要指标,目前的低通滤波器带外有很多寄生通带,这使接收信号中除了需要的低频信号外,还有其他频段的干扰信号。
由于目前每个频段已相继开发应用,要求接收的信号频率纯净,低通滤波器就必须有高的带外抑制度和宽的抑制频带范围。
本文通过对国内外相关文献的总结整理和分析,归纳了微带滤波器的作用和宽阻带滤波器的发展历程和特点,分类总结出具有代表性的展宽阻带技术成果,再对微带滤波器理论进行了简单的阐述。
之后对高低阻抗低通滤波器进行了详细的研究,设计了一个截止频率为2GHz的低通滤波器,用三维电磁场仿真软件ADS、HFSS进行了仿真验证,结果显示所设计满足了预期的性能指标,但是在通带附近的阻带出现了寄生通带。
针对其寄生通带研究了缺地陷结构用于谐波抑制,设计了一个不对称哑铃型缺地陷结构,将其嵌入到高低阻抗低通滤波器中,抑制了寄生通带。
仿真和测试结果显示在不改变通带特性的基础上,使3.2-18GHz频带范围的抑制度大于30dB,达到了展宽阻带的作用。
最后在高低阻抗低通滤波器的基础上,改变其形状,嵌入简单低通滤波器抑制带外谐波,加入准分形结构改善带内特性,再用传输线T型等效减小滤波器面积,最后得到一个高性能小型化宽阻带低通滤波器。
滤波器设计中的阻带和通带特性分析

滤波器设计中的阻带和通带特性分析滤波器是一种用于改变信号频率特性的电路或设备,被广泛应用于通信、音频、视频等领域。
在滤波器的设计中,阻带和通带特性是必须考虑的重要因素。
本文将对滤波器设计中的阻带和通带特性进行深入分析。
一、阻带特性阻带是指滤波器在某一频率范围内抑制信号的能力。
在滤波器设计中,通常会根据应用需求来确定阻带的频率范围和带宽。
阻带特性的分析可以帮助我们评估滤波器的抑制能力。
在频率特性曲线中,阻带通常表示为曲线的下降区域。
通过测量和分析阻带曲线,可以得到滤波器的衰减量和带宽。
衰减量是指滤波器在阻带频率范围内对信号的抑制程度,通常以分贝为单位表示。
带宽是指阻带的频率范围,也可以用来评估滤波器的选择性能。
在实际的滤波器设计中,我们可以通过选择不同的滤波器类型和参数来控制阻带特性。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
通过选择适当的滤波器类型和调整参数,我们可以实现所需的阻带特性。
二、通带特性通带是指滤波器在某一频率范围内对信号的传递能力。
在滤波器设计中,我们需要根据应用需求选择适当的通带频率范围和带宽。
通带特性的分析可以帮助我们评估滤波器的传递能力和失真程度。
通带特性通常用频率响应曲线来表示。
频率响应曲线以通带范围内的增益为纵轴,频率为横轴。
通过测量和分析频率响应曲线,可以得到滤波器的增益和带宽。
增益是指滤波器在通带范围内对信号的放大程度,带宽是指通带的频率范围。
在实际的滤波器设计中,我们可以通过选择适当的滤波器类型和调整参数来控制通带特性。
不同类型的滤波器具有不同的通带特性,如低通滤波器可以实现对低频信号的传递,而高通滤波器可以实现对高频信号的传递。
通过选择适当的滤波器类型和调整参数,我们可以实现所需的通带特性。
三、频率选择性与相位响应除了阻带和通带特性外,频率选择性和相位响应也是滤波器设计中需要考虑的因素。
频率选择性是指滤波器对不同频率的信号的选择程度,通常与滤波器的阻带和通带特性密切相关。
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电子科技大学
注 1:注明《国际十进分类法 UDC》的类号。
万方数据
DESIGN AND RESEARCH OF WIDE STOPBAND MICROSTRIP LOW-PASS FILTER
A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China
I
万方数据
摘要
关键词:微带滤波器,宽阻带,高低阻抗,缺陷地结构,发卡式
II
万方数据
ABSTRACT
ABSTRACT
Microwave filter is one of the most important devices in microwave circuit, whose filtering characteristics directly affect the operation of the entire microwave circuit system. And now, the bandwidth of microwave resources are divided more and more fine. The wide application of handheld mobile devices also requires high performance, miniaturization, low cost microwave device. And microstrip filter becomes one of the main forms of microwave filter because of its high-performance, easy-to-manufacture, small size and low cost. Microwave low-pass filter is usually used in the front of the circuit system, used to isolate the high frequency signal and protect the circuit back of it. People always wish it has a steep attenuation and enough wide stopband scope, therefore, high performance, wide stopband is becoming a hot spot of current research on microwave low-pass filte. In this thesis, the mainly effort is the design theory and technology of the high performance wide stopband microstrip low-pass filter, including stepped-impedance resonator filter(SIR), DGS structure low pass filter and hairpin filter. The mainly work of this thesis includes: First of all, the technologies about microstrip filter have been summarized, which is based on consult a vast amount of domestic and international literature. Then a detail study on the technological achievements of broadening the stopband has been carrdesigning a microstrip filter has been introduced, including the detailed process how to convert the normal lumped low-pass filter to microstrip filter using Richards transform , Kuroda rules and stepped-impedance resonator equivalent method. Thirdly, the design results of microstrip low-pass filter used DGS structure has been introduced. Then a detail study on the classic dumbbell DGS structure, which equivalent circuit is extracted , is carried out. And a serpentine aperture DGS structure is put forward, which increases the equivalent capacitance of the circuit and results in lower attenuation frequency and more steep slope of the stopband characteristics.
Major: Author: Advisor: School :
Measurement Technology and Instruments Xujing Lv
Kaiyu Qin School of Aeronautics and Astronautics
万方数据
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地 方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。
III
万方数据
ABSTRACT
Fourthly, the method of design a wide stopband low-pass filter, using stepped-impedance and the HFSS. Finally , a elliptic low-pass filter with rapid decay and wide stopband characteristics has been achieved. On one hand, the tandem structure is transformed into microstrip filter using stepped-impedance resonator equivalent, and adds the interdigital structure to expand its stopband; On the other hand, parallel structure is directly equivalent to the hairpin resonator structure. Then a low pass filter is designed by the way of cascading the hairpin structure. Finally a modification with S-shaped slit hairpin structure was proposed which has a lower resonant frequency and steeper attenuation edge. Keywords: microstrip filter, wide stopband, SIR, DGS, hairpin resonator equivalent, has been detailed studied. and a stepped-impedance low pass filter with wide stopband has been simulated in the ADS
IV
万方数据
目录
目
录
第一章 绪
论........................................................ 1
1.1 研究背景及意义 .............................................. 1 1.2 国内外研究现状 .............................................. 3 1.3 本论文的结构安排 ............................................ 4 第二章 微带滤波器理论基础 ............................................ 6 2.1 滤波器理论基础 .............................................. 6 2.1.1 滤波器的分类 .......................................... 6 2.1.2 滤波器的基本参数 ...................................... 7 2.1.3 低通滤波器的归一化原型 ................................ 7 2.2 低通滤波器的微带实现 ....................................... 11 2.2.1 Richards 变换与 Kuroda 规则 ............................ 11 2.2.2 高低阻抗线等效原理 ................................... 13 2.3 本章小结 ................................................... 15 第三章 DGS 结构在微带滤波器中的应用 ................................. 17 3.1 常见 DGS 结构介绍 ........................................... 17 3.1.1 哑铃型 DGS 结构及其变形结构 ........................... 17 3.1.2 螺旋型的 DGS 结构 ..................................... 19 3.1.3 其他形状 DGS 结构 ..................................... 20 3.2 哑铃型 DGS 结构的等效电路和参数分析 ......................... 21 3.2.1 哑铃型 DGS 等效电路提取 ............................... 21 3.2.2 哑铃型 DGS 结构参数分析 ............................... 22 3.3 蛇形缝隙 DGS 结构 ........................................... 24 3.4 本章小结 ................................................... 25 第四章 高低阻抗低通滤波器的设计 ..................................... 27 4.1 高低阻抗线等效法设计低通滤波器 ............................. 27 4.1.1 在 ADS 中的设计与优化仿真 ............................. 29 4.2 调节高低阻抗比值对频率响应的影响 ........................... 31 4.2.1 调节低阻抗线对寄生通带的影响 ......................... 31