文档介绍：实验二集总参数滤波器设计
实验目的
了解滤波器的性能指标;
熟悉MWO在射频微波滤波器设计中的应用;
进一步熟悉MWO在微波器件设计中优化与调谐功能的应用。
实验要求
设计一个七级集总参数低通滤波器:
截止频率:200MHz;
通带增益:大于-5dB;
阻带内300MHz以上增益:小于-35dB;
通带内反射系数:小于-20dB.
实验原理1。滤波器基本概念
滤波器是最基本的信号处理器件,是一种选频器件。
滤波器分类:
按传输特性(或功能)分:低通、高通、带通、带阻滤波器;
按设计方法:巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器等;
按所用元件分:集总参数滤波器和分布参数滤波器;无源滤波器和有源滤波器;等等。
滤波器的主要技术参数:截止频率、带宽、通带传输系数(传递函数、插入损耗)、带内波纹(波纹系数)、反射损耗、形状系数(矩形系数)
在本实验中主要考虑技术参数是:截止频率、通带传输系数、反射系数等。
关于集总参数滤波器:
集总参数元件:电容、电感、电阻等;
使用频率不是很高(小于1GHz);
一般为电感与电容的级连。并以元件的个数来定义级别。
理论上级别越高(元件数越多),滤波性能越好,但相应的系统稳定性降低,成本增加,插入损耗增大。因此要根据需要选择滤波器级数。
2。滤波器的网络分析
二端口网络(滤波器)
I1
I2
V1
V1
a2
b2
a1
b1
大部分微波滤波器和滤波元件可通过一个二端口网络来表示,如下图
V,I是端口的电压与电流;(在微波频段很难测量)
a,b表示归一化的入射波与反射波。(容易测量)
它们的关系为:
这个二端口网络(滤波器)可用的传输特性可用散射矩阵(S矩阵)表示为
参数S11、S22即为反射系数;
参数S12、S21即为传输系数。
S参数一般是复数,可用幅值与相位来表示:
它们的幅值一般以单位dB给出
两个滤波器特性参数:
LA表示在由端口n到端口m的插入损耗(即实验要求中的增益相关);
LR表示在端口n的返回损耗(即实验要求中的反射系数相关)
注:信号通过滤波器这种选频网络时,还要产生延迟
3。微波滤波器设计
滤波器的响应是用传递函数来描述的。对于一个无源无耗二端口微波滤波器网络,其传递函数就是S21,即有:
式中:ε是波纹常数,F(W)是特性函数,W是频率变量(单位为rad/s).
上式中,如果是取截止频率Wc=1,就是一个低通原型滤波器。