LC带通滤波器的应用设计

来源: 作者:2018年02月08日 19:30

要设计一个滤波器,首先要分析滤波器的技术指标,选择合适的滤波器形式,确定滤波器的级数,分析滤波器的带外特性以及通带特性,估算滤波器中心衰减和带外 抑制的大小,对滤波器进行合理的设计与计算,最后要对滤波器进行仿真优化,直至达到满意的技术指标。接着就可以制板,并加工调试。

滤波器类型的选择可根据滤波器设计的带宽等指标和具体的应用场合来选择。相对带宽在20%以下的为窄带滤波器,应选用窄带滤波器的设计方法来设计;相对 带宽在40%以上的为宽带滤波器,应选用宽带滤波器的设计方法来设计;而介于两者之间的为中等带宽滤波器。由上面的指标可以看出本滤波器是窄带带通滤波器。

采用巴特沃斯滤波器来设计可以使通带内具有最大平坦的幅频响应;而切比雪夫滤波器的好处是:带外抑制好,但是带内有一定的波动;本文设计的滤波器要求带 外近端抑制良好(可以用切比雪夫滤波器或椭圆函数滤波器来实现,但是从后面的分析看要使用LC滤波器,而用LC滤波器的话,使用切比雪夫形式电路元件的值 过于小,很难实现,这个可以用软件仿真来说明),以此可以看出,用椭圆函数滤波器更适合。

微带滤波器通过采用不同的衬底材料可以在很大的频率范围内应用(从几百MHz到几十GHz);同轴滤波器由于其微小的尺寸,制作精度很难达到;波导滤波 器在小信号电平上,它的频率基本是8~100 GHz;陶瓷介质滤波器体积大,形状因子与品质因数较小;LC滤波器适用于本滤波器频段,且较容易制作和调试。

综上,本设计采用:椭圆函数LC带通滤波器进行设计。设计指标如下:

中心频率为450 MHz;工作带宽为20 MHz;带内插损为3 dB;带外抑制为-40 dB.

1 关于滤波器阶数N的选择

滤波器级数N 是一个重要的参数,它的选择直接影响到滤波器的性能,特别是滤波器的插损和带外特性,所以N 的选择非常重要。

先对可能用到的一些概念和公式进行简单的说明。

对于终端短路式滤波器其滤波器级数N 应满足下面关系式:

对于带通滤波器,起相对带宽小于20%,所以其属于窄带滤波器。

由上面的公式可以算出:N 必须大于或等于3,才能满足上面的近似指标。

2 关于椭圆函数LC带通滤波器的仿真及设计

对电路各元件值先进行简单的假定,通过运用ADS进行仿真来审查,并进行优化。

根据所给指标设计的电路图进行仿真。图1 是根据所设定的原理图进行的仿真。从仿真图中可以看出,该电路的元件值并不能达到所要求的指标。首先,本设计要求中心频率在450 MHz,但是此电路的中心频率有一定的偏移;而且从图中明显看出带外抑制并不良好,无法达到所要求的指标;而且带内插损也比较大;单单从电路元件的值上 看,线圈的值比较小,在制作过程中比较难绕制,比较难实现。

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