最大平坦群时延滤波器的时延特性很好,逼近于线 性,元件特性采用贝塞尔函数逼近。 这类滤波器低通原型的电路元件不对称,其元件值 如下所示。
在通带内幅度波动,用最大值和最小值之差定义 波纹系数,其单位为dB或奈贝(Neper)
为了简化分析,一般仅分析归一化情况下的衰减特 性与元件的关系。——低通原型综合法。 元件数和元件值只与通带截止频率、衰减和阻带起 始频率、衰减有关。
能是消除影响信号处理的各类噪声。 滤波器的基本原理是根据频率不同产生不同的 增益,使得特定的信号被突显出来,其他频率 的信号则被衰减,达到消除噪声的目的。
带通滤波器用作收发机和频谱分析仪中的选频装置 低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波 高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声 带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器
归一化条件: 阻抗归一化为1Ω; 低通截止角频率为1rad/s。 g0 是输入端(源)的导抗值, gn1 是输出端(负载)的导抗值。
gi 和gi1交替地为导纳或阻抗, n为奇数,则输入/出端同为导纳或阻抗, n为偶数,则输入/出端元件描述不同。
提出目标,即理想响应; 选用可能的函数去逼近理想响应; 设法实现具有逼近函数特性的网络。
为了描述衰减特性与频率的相关性,通常使用数学 多项式来逼近滤波器特性:
对于低通、高通、带通、带阻四种类型的滤波器, 一一自始至终地做综合设计太过复杂。 简单的方法是只需要把低通原型滤波器分析清楚, 然后利用频率和阻抗变换把实际的低通、高通、带 通、带阻滤波器变换成低通原型来综合设计。
滤波器低通原型为基本低通LC的级联网络。 为了逼近滤波器衰减特性,要选择合适的数学多 项式。 选定了数学多项式后,要进一步确定元件和多项 式滤波特性的联系:
器件的幅度响应必须在使用的带宽内为固定值。这意味 着在带段内的所有信号的衰减是恒等的 器件的相位响应在同样的带宽内必须是线性的。既满足 常数群时延特性,所有谐波有相同的延时时间。
对于切比雪夫低通滤波器,其插入损耗可由下式确 定 TN(Ω)为N阶切比 2 IL 10log(LF ) 10log{1 2TN ()} 雪夫多项式 通带内的波纹越大,过渡带越陡峭 若已知波纹指标 LAr 、阻带衰减 LAs 和归一化阻带边 频Ωs,则元件数N由下列公式给出
一般而言,给定设计参数,直接用上述基本结构设 计出符合标准要求的滤波器很难。 通常RF滤波器的设计,采用网络综合的方法。 所谓网络综合,在微波工程实用上指的是预先规定 元器件特性而用网络去实现的一个过程。它大致包 括三个步骤:
滤波器的基本概念 滤波器的指标和技术参数 滤波器的设计理论 滤波器的低通原型 低通滤波器缩比变换 设计实例
当Ω1时,损耗因数按Ω2N增加,即频率每增加一 个量级,损耗增加20NdB。 N取不同值时滤波器衰减和频率的对应关系如下图
根据设计参数要求,所需 滤波器的阶数可以由以下 公式确定或者查找右图确 定
衰减曲线中没有一点波纹,又称为最大平滑滤波器。 对于低通滤波器,其插入损耗可由损耗因数确定:
Ω是归一化频率, N是滤波器的阶数, 通常α=1 当Ω=1时,IL=3dB 随着N的增加,滤波器特性变得陡峭
滤波器的Q值比实际阻抗和导纳容易测量,带通和带阻滤波器的 阻抗或导纳可用Q来计算。 (课本 P145)
根据功率容量 低功率、中功率和高功率滤波器 根据中心频率 固定频带和可调谐滤波器 根据阻带功率流向 反射式和吸收式滤波器
若已知波纹指标 LAr 、阻带衰减 LAs 和归一化阻带边 频Ωs, 阻带波纹与通带波纹相同,则椭圆函数滤波 器的元件数N和各元件值可以查表得到。
具体表格能参见《射频/微波电路导论》一书,91页, 表7-4。雷振亚编著,西安电子科技大学出版社,陕西 西 安,2005。
中心频率与3dB带宽之比 有载品质因数比空载品质因数小 描述滤波器的频率选择性
集总参数滤波器,分布参数 滤波器,无源滤波器,有源 滤波器,晶体滤波器,声表 面波滤波器,等等
切比雪夫滤波器比巴特沃斯滤波器具有更陡峭的过渡带特性。对 于较高的归一化频率Ω ,其衰减特性相当于提高了约(22N)/4倍。