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低通滤波器转带通滤波器公式由来_射频/微波滤波器

滤波器的基础是谐振电路,只要能构成谐振的电路组合就可以实现滤波器。滤波器有四个基本原型,低通、带通、带阻、高通。实现滤波器就是实现相应的谐振系统。纪总参数就是电感、电容,分布参数就是各种射频/微波传输线形成的谐振器。理论上,滤波器是无耗元件。

滤波器的指标

工作频率。滤波器的通带频率范围,有两种定义形式。3dB带宽:由通带最小插入损耗点向下移3dB时所测的通带宽度,由于没有考虑插入损耗,易引起误解,工程中较少使用。插损带宽:满足插入损耗时所测的带宽,定义比较严谨,工程中常用。

插入损耗。由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗。滤波器通带内的最大损耗包构成滤波器的所有元件的电阻损耗和滤波器的回波损耗。插入损耗限定了工作频率,也限定了使用场合的两端阻抗。

带内纹波。插入损耗的波动范围。带内纹波越小越好,否则会增加通过滤波器的不同信号频率的功率起伏。

带外抑制。规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤波器特性的矩形度的一种描述方式。也可以用带外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。滤波器的寄生通带损耗越大越好,也就是谐振电路的二次、三次等高次谐振峰越低越好。

承受功率。在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下降。

滤波器的原理

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通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性,即

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其仅表示某个频率的衰减。为了描述衰减特性与频率的相关性,通常使用数学多项式来逼近滤波器特性。最平坦型用巴特沃斯,等纹波型用切比雪夫,陡峭型用椭圆函数型,等延时用高斯多项式。

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巴特沃斯、切比雪夫、高斯多项式的电路结构:

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椭圆函数低通原型电路结构:

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巴特沃斯低通原型设计方法

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切比雪夫低通原型设计方法

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椭圆函数、高斯多项式低通原型设计方法:参考相应表格。

滤波器的四种频率转换:

定义阻抗因子为:

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低通转换:

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高通转换:

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带通转换:

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带阻转换:

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实例1:

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实例2:

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实例3:微带线阶梯阻抗低通滤波器的设计

阶梯阻抗低通滤波器也称为高低阻抗低通滤波器,是一种简洁的电路,由很高和很低特性阻抗的传输线交替排列而成,结构紧凑,便于设计和实现。

设计指标:1、通带频率范围为为、0GHz~3GHz。2、通带内衰减小于1dB。3、在6GHz时衰减大于30dB。4、系统特性阻抗为50欧姆。5、选微带线特性阻抗的最大值为120欧姆,最小值为15欧姆。6、微带线基板的厚度为1mm,基板的相对介电常数选为2.7。

通过公式计算在通过LineCalc窗口计算得到微带线的宽度和长度。

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从结果看来设计并不符合指标要求,3GHz时的衰减大于了1dB,因此进行优化。

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