射频电路设计大作业

上海电力学院射频电路设计大作业实验报告实验名称：低通滤波器专业：通信工程姓名：班级：学号：一、实验目的1、了解基本低通、带通和高通滤波器的设计方法。2、利用实验模块进行实际测量，以掌握滤波器的特性。二、实验内容1、完成低通滤波器P1端口的S11的测量，记录数据；并与示波器观察的结果比较。2、完成低通滤波器P1、P2端口S21的测量，记录数据；并与示波器观察的结果比较。三、实验原理1、滤波器的原理滤波器的用途是抑制无用信号，而使有用信号顺利通过。通过滤波器时不衰减或很小衰减的频带称为通带，衰减超过某一规定值的频带称为阻带，位于通带和阻带之间的频带称为过渡带。根据通带和阻带所处范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻四种。滤波器种类繁多，按构成的元器件，可分为无源滤波器和有源滤波器（含运放）两种；按处理的对象，可分为模拟滤波器和数字滤波器；按滤波器原型的频率响应，可分为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆型滤波器等。本实验以较常使用的巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器为例，说明其设计方法。2、巴特沃斯和切比雪夫低通滤波器原型的衰减特性（1）、巴特沃斯低通滤波器原型巴特沃斯滤波器又称最大平坦滤波器。其特性曲线的数学表达式为：210lg[1()]nPAdB（6－1）式中满足关系式10lg(1)PA（6－2）其中P是通带的截止频率，PA为其对应的衰减；参数n为滤波器的阶数。这种衰减特性曲线之所以称为最大平坦曲线，是由于式（6－1）方括号中的量在0处（21n）阶的导数为零。大多数场合，最大平坦滤波器的P定义为衰减3dB的通带截止点。巴特沃斯滤波器的阶数n取决于阻带的截止频率S（SP）所对应的最小衰减SA，即：210lg[1()]nSSPA（6－3）联立（6－2）和（6－3）式可得：10101101lg()2101lg()SPAASPn（6－4）3、低通巴特沃斯滤波器的设计方法步骤一：确定规格。电路阻抗：()cZ通带截止频率：()PfHz阻带截止频率：()SfHz通带最大衰减量：()PAdB阻带最小衰减量：()SAdB步骤二：计算滤波器阶数。10101101lg()2101lg()SPAASPnff，n取大于n的最接近的奇整数。（6－9）步骤三：计算原型元件值。(21)2sin,1,2,......,2Kkgknn（6－10）步骤四：先选择串L并C型或并C串L型，再根据公式计算实际电感和电容值。①串L并C型：如图6－3所示。02oddcoddgZLf，02evenevencgCfZ（6－11）g2gng3g1RsRL图6-3②并C串L型：如图6－4所示。02oddoddcgCfZ，02evencevengZLf（6－12）g2gng3g1RsRL图6-4滤波器的阶数为5，即N＝5时，对应的低通实际电路，如图6－5所示。图6－5设计实例：设计一个3dB截止频率518MHz的巴特沃斯LC低通滤波器（50cZ），且其在863MHz至少有20dB的衰减（假设源阻抗和负载阻抗均为50）。步骤一：确定规格。电路阻抗：50cZ通带截止频率：fp=518MHZ阻带截止频率：fs=863MHZ通带最大衰减量：3PAdB阻带最小衰减量：20SAdB步骤二：计算滤波器阶数。10101101lg()21014.5lg()SPAASPnff05，5n步骤三：计算原型元件值。(21)2sin,1,2,......,2Kkgknng1g2g3g4g50.6181.6182.0001.6180.618步骤四：选择并C串L型电路，如图6－4所示。02oddoddcgCfZ，02evencevengZLf元件标号L1（nH）C2（nH）L3（pF）C4（nH）L5（pF）元件值9.4999.94830.749.9489.499步骤五：实际电路如图所示。本实验采用串L并C型步骤五：按照所计算出的参数设置好各元器件的参数，保存并进行仿真。选择的是S(2，1)，为正向电压增益，仿真图形如下：本实验计算所得的L3本为30.74nH，但是仿真出来的图形的通带衰减量为大于3dB，所以得对其进行优化，于是将L3的数据进行微调，改为30.01nH，此时通带衰减量为小于3dB，为2.751dB，符合要求。由图形可以看出，m1对应的通带截止频率为518MHZ，此时的通带衰减量为2.751dB，小于通带最大衰减量；m5对应的阻带截止频率为863MHZ，此时的阻带衰减量为20.037dB，大于阻带最小衰减量,从图中还可以看出m2是衰减量为3dB的点，m4衰减量接近20dB的点。四．实验小结通过此次实验，使我了解基本低通、带通和高通滤波器的设计方法，利用实验模块进行实际测量，以掌握滤波器的特性。在实验中，由于是第一次接触此软件，都是按照指导书一步一步的完成的，实验中还知道了许多快捷键的使用，比如旋转可以使用Ctrl+R或L实现，放置标记可以用Ctrl+M等。在做实验的时候，计算所得的L3本为30.74nH，但是仿真出来的图形的通带衰减量为大于3dB，所以得对其进行优化，于是将L3的数据进行微调，改为30.01nH，此时通带衰减量为小于3dB，为2.751dB，符合要求。总之，此次实验通过我自己动手实践，对低通滤波器有了更深的理解。