一種UHF帶通濾波器的設(shè)計(jì)

0 引言

濾波器類型的選擇可根據(jù)濾波器設(shè)計(jì)的帶寬等指標(biāo)和具體的應(yīng)用場合來選擇。相對帶寬在20%以下的為窄帶濾波器，應(yīng)選用窄帶濾波器的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì); 相對帶寬在40%以上的為寬帶濾波器，應(yīng)選用寬帶濾波器的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì);而介于兩者之間的為中等帶寬濾波器。由上面的指標(biāo)可以看出本濾波器是窄帶帶通濾 波器。

采用巴特沃斯濾波器來設(shè)計(jì)可以使通帶內(nèi)具有最大平坦的幅頻響應(yīng);而切比雪夫?yàn)V波器的好處是：帶外抑制好，但是帶內(nèi)有一定的波動;本文設(shè)計(jì)的濾波器要 求帶外近端抑制良好(可以用切比雪夫?yàn)V波器或橢圓函數(shù)濾波器來實(shí)現(xiàn)，但是從后面的分析看要使用LC濾波器，而用LC濾波器的話，使用切比雪夫形式電路元件 的值過于小，很難實(shí)現(xiàn)，這個(gè)可以用軟件仿真來說明)，以此可以看出，用橢圓函數(shù)濾波器更適合。

微帶濾波器通過采用不同的襯底材料可以在很大的頻率范圍內(nèi)應(yīng)用(從幾百M(fèi)Hz到幾十GHz);同軸濾波器由于其微小的尺寸，制作精度很難達(dá)到;波導(dǎo) 濾波器在小信號電平上，它的頻率基本是8~100 GHz;陶瓷介質(zhì)濾波器體積大，形狀因子與品質(zhì)因數(shù)較小;LC濾波器適用于本濾波器頻段，且較容易制作和調(diào)試。

綜上，本設(shè)計(jì)采用：橢圓函數(shù)LC帶通濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

中心頻率為450 MHz;工作帶寬為20 MHz;帶內(nèi)插損為3 dB;帶外抑制為-40 dB.

1 關(guān)于濾波器階數(shù)N 的選擇

濾波器級數(shù)N 是一個(gè)重要的參數(shù)，它的選擇直接影響到濾波器的性能，特別是濾波器的插損和帶外特性，所以N 的選擇非常重要。

先對可能用到的一些概念和公式進(jìn)行簡單的說明。

對于終端短路式濾波器其濾波器級數(shù)N 應(yīng)滿足下面關(guān)系式：

對于帶通濾波器，起相對帶寬小于20%,所以其屬于窄帶濾波器。

由上面的公式可以算出：N 必須大于或等于3,才能滿足上面的近似指標(biāo)。

2 關(guān)于橢圓函數(shù)LC帶通濾波器的仿真及設(shè)計(jì)

對電路各元件值先進(jìn)行簡單的假定，通過運(yùn)用ADS進(jìn)行仿真來審查，并進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)所給指標(biāo)設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行仿真。圖1 是根據(jù)所設(shè)定的原理圖進(jìn)行的仿真。從仿真圖中可以看出，該電路的元件值并不能達(dá)到所要求的指標(biāo)。首先，本設(shè)計(jì)要求中心頻率在450 MHz,但是此電路的中心頻率有一定的偏移;而且從圖中明顯看出帶外抑制并不良好，無法達(dá)到所要求的指標(biāo);而且?guī)?nèi)插損也比較大;單單從電路元件的值上 看，線圈的值比較小，在制作過程中比較難繞制，比較難實(shí)現(xiàn)。

綜合上面的分析，此電路圖的元件值需要進(jìn)行一定的調(diào)整。

經(jīng)過一系列的調(diào)整、仿真，最后得到如圖2 所示的電路原理圖和仿真圖。

從此電路仿真圖可以看出中心頻率準(zhǔn)確的落在450 MHz上，帶內(nèi)插損比較小，而且?guī)庖种埔脖容^明顯，而且線圈的值相對并不是很小，實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)，基本上符合制作要求，予以采用。到此本節(jié)設(shè)計(jì)仿真結(jié)束，下面進(jìn)行此電路的制板。