滤波器Word文档下载推荐.docx
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最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。
微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。
这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。
微带滤波器是在印刷电路板上，根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。
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滤波器的分类
最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。
图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。
低通滤波器：
它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：
它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：
它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：
它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及等；
按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；
按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。
巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。
巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。
这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·
巴特沃斯（StephenButterworth）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。
切比雪夫滤波器，又名"
车比雪夫滤波器"
是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。
切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布，以"
切比雪夫"
命名，是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·
列波维其·
切比雪夫（ПафнутийЛьвовичЧебышёв）。
3微带滤波器的设计指标
微带滤波器的设计指标主要包括：
1绝对衰减（Absoluteattenuation）：
阻带中最大衰减（dB）。
2带宽（Bandwidth）：
通带的3dB带宽（flow-fhigh）。
带宽（bandwidth）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。
在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。
在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。
亦称谱带半宽度（halfbandwidth）或有效带宽。
无论仪器中光学系统的质量多么高，经单色器单色化后的光总是有一定的波长（宽度）范围，即具有以所指定波长（额定波长）为中心分布的一定波长范围。
通带即指最大吸光度值的一半处的谱带宽度。
3中心频率：
fc或f0.
每频程的上限与下限频率的几何平均值称为该频程的中心频率。
4截止频率：
下降沿3dB点频率。
用来说明电路频率特性指标的特殊频率。
当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍，或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。
5每倍频程衰减（dB/Octave）：
离开截止频率一个倍频程衰减（dB）。
6微分时延（differentialdelay）：
两特定频率点群时延之差以ns计。
7群时延（Group
delay）：
任何离散信号经过滤波器的时延（ns）。
群时延即系统在某频率处的相位（相移）对于频率的变化率。
8插入损耗（insertionloss）：
当滤波器与设计要求的负载连接，通带中心衰减，dB
9带内波纹（passbandripple）：
在通带内幅度波动，以dB计。
10相移（phaseshift）：
当信号经过滤波器引起的相移。
11品质因数Q（qualityfactor）：
中心频率与3dB带宽之比。
电学和磁学的量。
表征一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。
元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。
12反射损耗（Returnloss）
13形状系数（shapefactor）：
定义为。
14止带（stopband或reject
band）：
对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点（如60dB点）的带宽。
工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减、通带的输入电压驻波比、通带内相移与群时延、寄生通带。
前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类（高通、低通、带通、带阻等）；
输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小；
群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为dU/df,群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真；
寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。
4
微带滤波器的设计
通带是两个截止频率之间的频率范围。
在截止频率点，输出信号幅值下降到其最大值的0.707倍。
本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：
通带截止频率：
3GHz.
通带增益：
大于-5dB,主要由滤波器的S21参数确定。
阻带增益：
在4.5GHz以上小于-48dB,也主要由滤波器的S21参数确定。
通带反射系数：
小于-22dB,由滤波器的S11参数确定。
在进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。
S21（S12）是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减全都表现在S21（S12）随频率变化的曲线上。
S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。
了解了滤波器的设计原理以及设计指标后，下面开始设计微带低通滤波器。
4.1建立工程
新建工程，选择【File】→【NewProject】，系统出现新建工程对话框。
在name栏中输入工程名：
microstrip_filter,并在Project
Technology
Files栏中选择ADSStandard:
Lengthunit--millimet,默认单位为mm,如图12.2所示。
单击OK,完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。
4.2原理图和电路参数设计
工程文件创立完毕后，下面介绍微带低通滤波器的原理图设计过程。
1）在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表，窗口左侧的工具栏变为如图12.3所示。
并选择6个MLIN、5个MLOC、1个MSUB按照图12-4所示的方式连接起来。
2）设置图12-4中的控件MSUB微带线参数
H:
基板厚度（0.1mm）
Er:
基板相对介电常数（2.16）
Mur:
磁导率
（1）
Cond:
金属电导率（6.14E+7）
Hu:
封装高度（1.0e+33mm）
T:
金属层厚度（0.001mm）
TanD:
损耗角正切（1e-3）
Roungh:
表面粗糙度（0mm）
完成设置的MSUB控件如图12.5所示。
3）滤波器两端的引出线是50Ohm的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具算出。
选择【Tools】→【LineCalc】→【StartLineCalc】命令。
在打开的窗口中输入如图12-6所示的内容。
在SubstrateParameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。
在ComponentParameters栏中填入中心频率（本例为3.0GHz）。
Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。
Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟，点击Synthesize和Analyze栏中的和箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。
本例中Z0为50Ohm,E_Eff为45deg,W为0.31008mm,L为9.18284mm.另外打开的一个窗口显示当前运算状态以及错误信息，如图12.7所示。
4）双击两边的引出线TL1、TL6,分别将其宽与长设为0.31006mm和1.5mm.其余的微带线长度设为9.18284,宽度是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。
双击每个微带线设置参数，W分别设为相应的变量，单位mm.在设置宽度的5个变量时，为了让它们显示在原理图上，要把Displayparameteronschematic的选项勾上。
设置完变量的原理图如图12.8所示。
5）由于原理图中的MLIN和MLOC的宽度都是变量，因此需要在原理图中添加一个变量控件。
单击工具栏上的VAR图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加各微带线的W参数。
在Name栏中填变量名称，VariableValue栏中填变量的初值，点击Add添加变量，然后单击Tune/Opt/Stat/DOESetup…按钮设置变量的取值范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能被优化，MinimumValue表示可优化的最小值MaximumValue表示可优化的最大值，如图12.9,12.10所示。
微带滤波器中微带线的变量值及优化范围设置如下。
W1=0.1679opt{0.1to2},表示W1的默认值为0.1679,变化范围为0.1到2.
W2=0.4772opt{0.1to2},表示W2的默认值为0.4772,变化范围为0.1到2.
W3=0.5124opt{0.1to2},表示W3的默认值为0.5124,变化范围为0.1到2.
W4=0.1269opt{0.1to2},表示W4的默认值为0.1269,变化范围为0.1到2.
W5=0.1203opt{0.1to2},表示W5的默认值为0.1203,变化范围为0.1到2.
这样一个完整的微带低通滤波器的电路就完成了，如图12.11所示。
4.3
S参数仿真设置和原理图仿真
在执行仿真之前，先进行S参数仿真设置。
1）S参数仿真设置
在原理图设计窗口中选择S参数仿真工具栏，Simulation-S_Param.选择Term放置在滤波器两边，用来定义端口1和2,并放置两个地，按照图12.12连接好电路。
选择S参数扫描控件放置在原理图中，并
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