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详细讲解:如何设计一个带通滤波器

? 2018年05月24日 10:50 ? 次阅读

美高梅官网,金沙网投领导者,金沙网投网站,金沙网投开户 www.tongshi-cn.com 带通滤波器是一个太宽泛的概念了,窄带的宽带的,LC/微带/同轴/波导/介质的。各种花样的谐振器,各种花样的耦合结构。但不管如何变化,有两个概念始终无法避开;谐振和耦合,各种设计方法也都是为了如何准确的确定谐振频率和谐振器间的耦合量。各种技术进步也都是为了找到更小,Q值更高的谐振结构。

同时自己为什么这么喜欢滤波器,滤波器是微波的一个基础器件,在前人的论文中已经证明了任何宽带匹配网络都是滤波器结构,自己对微波的感觉也从这个器件中获益良多。

· 一个波导同轴转换是一个滤波器结构

· 一个极化转换器是一个滤波器结构

· 一个OMT是一个滤波器结构

· 一个功分器也可以是一个滤波器结构

· 甚至一个天线也是一个滤波器结构(实现了50欧和自由空间阻抗的匹配)

· 你也可以把滤波器和衰减器结合起来设计一个均衡器

当通过大量的实践,有了大量不同结构的谐振结构和耦合结构的概念,我们在微波有源产品设计中你可以感觉到信号可能会从那些地方窜来窜去,你可以让你的链路更加干净有序。未来一段时间计划总结一下有价值的滤波器设计理念,今天用一个5阶1805MHz~1880MHz的同轴梳线滤波器的例子来说明如何设计一个简单的带通滤波器。

1.带通滤波器的设计步骤

一个带通滤波器应该遵循以下设计步骤:

1.1)指标分析,方案初步规划:多少级谐振,多大的Q值合适,什么样的结构形式。这些可以通过couple-fil进行,结构形式能达到的功率容量/温度特性/Q值等物理特性需根据经验判断。一般情况下Q值为:

· 微带/LC:一个量级 约为50~200左右

· 悬置带线/螺旋滤波器/TEM介质:约为200~ 800量级

· 同轴梳线:800~2000量级

· 波导:6000左右

· TE01介质:1000~ 20000左右

1.2)结构规划:结构规划是产品设计很重要的一步,通过结构规划你可以确定谐振器如何排布,用什么样子的耦合方式合适,为后续设计指明方向。

1.3) 仿真

1.4)出图

该文章主要介绍如何进行快速仿真设计。

2.滤波器仿真步骤

现在有很多软件可以直接算出滤波器结构尺寸的初值(ansoft designer/ADS/genersys/uwave等),本文介绍如何自己一步一步确定结构尺寸。

2.1)本征模式确定单个谐振器尺寸

在计算本征模式前,我们可以通过计算传输线波长大致估算出谐振器长度,但很多时候产品尺寸受限,就只能在限制范围内进行谐振器设计了。

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图1 本征模式频率和Q值仿真结果

2.2)确定输入耦合抽头位置

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图2 5阶1840MHz BW80M滤波器理想设计参数

确定输入耦合有两种方式一种回波群时延方式,一种外部Q值方式(用PML端口加eigenmode仿真Q值即可)本文通过群时延方法来确定输入耦合,模型和结果如图 3所示(第二个谐振器失谐或不画),抽头位置大约为5.5mm。

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图3 输入耦合仿真

3.3)确定级间耦合尺寸

级间耦合也有两种确定方式,耦合系数法和群时延法,耦合系数法采用双谐振器本征模式仿真出2个模式,通过(f12- f22) /(f12+f22)来计算耦合系数。本文采用群时延法。查图2的表格知道12耦合群时延需要10.5ns,23耦合群时延需要21ns。

级间耦合有很多种方式改变,可以通过调整两个谐振器间的距离来实现,可以固定间距通过加脊或加窗实现,此处为方便起见通过改变谐振器间距离来实现。将第二级谐振器高度调整到第一级谐振器相同的高度。通过扫描两个谐振器间距离来找到合适的耦合参数。

模型和第一次扫描结果如图 4所示,第一次扫描发现两个频率没有对齐(群时延图形不对成),那是因为输入耦合对第一级谐振频率存在牵引。选定一个间距例如LS1=14mm,微调一下谐振器2的高度,使群时延图形对称。扫描结果见图5。

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图4 级间耦合第一次扫描

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图5 级间耦合第二次扫描

通过第二次扫描可知,谐振器2高度取27.3mm,12谐振器间距取14.5mm,23谐振器间距取略大于16,这里取16.5mm.可以加宽扫描范围获取更准确的值。

2.4)滤波器整体模型初步仿真

通过前面的步骤获取了谐振器尺寸和耦合尺寸,现在就可以把这些尺寸带入模型进行滤波器整体仿真了。模型和初步结果见图 6??梢钥吹交旧下瞬ㄆ鞯男巫匆丫隼戳?,驻波稍差。

这是因为加入12以及23耦合后对谐振器2和3有频率牵引,通常滤波器中间的谐振器尺寸基本相当,这里使h3=h2再进行一次细微扫描,结果应该就会比较好了,扫描了一次结果见。

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图6 滤波器初步仿真结果

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

图7 略微扫描h2的高度后的结果

实际上对于腔体类的滤波器由于存在大范围的调谐装置,到了这个阶段基本不需要去把模型优化的非常精细了,可以直接出图纸加工了。出图时稍微减小一些谐振器高度,避免加工出来的产品频率偏低无法调试。

其他所有类型的滤波器都可以通过这样的步骤来做到精确设计。

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如何使用滤波器归一化表格来设计滤波器?

发表于 2018-03-05 14:36 ? 302次阅读
如何使用滤波器归一化表格来设计滤波器?

求关于有源滤波器/模拟滤波器设计的电子书(中文)

发表于 2018-03-02 11:36 ? 994次阅读
求关于有源滤波器/模拟滤波器设计的电子书(中文)

输入和输出滤波器有什么区别

输出滤波器安装于变频器的电力输出线与电机之间,不但能有效滤除变频器输出电流中的高次谐波,减小由高频谐...

发表于 2018-03-01 09:11 ? 317次阅读
输入和输出滤波器有什么区别

带通滤波器自激怎么消除?

发表于 2018-02-28 11:00 ? 533次阅读
带通滤波器自激怎么消除?

Labview数字滤波器或自适应滤波请教~

发表于 2018-02-27 14:19 ? 810次阅读
Labview数字滤波器或自适应滤波请教~

SAW,BAW Filter与无线通信滤波器趋势

很多通信系统发展到某种程度都会有小型化的趋势。一方面小型化可以让系统更加轻便和有效,另一方面,日益发...

发表于 2018-02-26 17:42 ? 400次阅读
SAW,BAW Filter与无线通信滤波器趋势

FIR滤波器相关解释

发表于 2018-02-26 09:48 ? 308次阅读
FIR滤波器相关解释

一个基于FPGA的FIR滤波器的问题

发表于 2018-02-25 19:25 ? 525次阅读
一个基于FPGA的FIR滤波器的问题

关于FIR滤波器的波形问题

发表于 2018-02-22 20:10 ? 469次阅读
关于FIR滤波器的波形问题

滤波器概念、原理及分类

滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频...

发表于 2018-02-21 12:28 ? 450次阅读
滤波器概念、原理及分类

高频数字抽取滤波器的设计

设计了采样频率为640 MHz、过采样率为64的高频数字抽取滤波器。该数字抽取滤波器由CIC(Cas...

发表于 2018-02-21 12:08 ? 259次阅读
高频数字抽取滤波器的设计

基于Ka波段的滤波器_混频器_天线设计等设计汇总

Ka波段是电磁频谱的微波波段的一部分,Ka波段的频率范围为26.5-40GHz。Ka代表着K的正上方...

发表于 2018-02-20 18:20 ? 212次阅读
基于Ka波段的滤波器_混频器_天线设计等设计汇总

抗电源电磁干扰的EMI滤波器设计原理、结构及使用...

随着现代科学技术的飞速发展,电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛,它们在运行中产生的高密度、宽频谱...

发表于 2018-02-16 12:07 ? 604次阅读
抗电源电磁干扰的EMI滤波器设计原理、结构及使用...

网络滤波器的作用

滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是...

发表于 2018-02-12 16:24 ? 388次阅读
网络滤波器的作用

滤波器一些问题的补充

关于滤波器的技术指标,包含裕度、截止频率、带内波动、带内驻波比、带内相位线性度,巴特沃兹、切比雪夫、...

发表于 2018-02-11 13:36 ? 321次阅读
滤波器一些问题的补充

高衰减低失真音频线噪音滤波器

具有60dB增益的带通有源滤波器电路图

发表于 2018-02-11 11:54 ? 218次阅读
高衰减低失真音频线噪音滤波器

模拟信号路径在便携医疗设备中的技术探讨

速度、噪声和功耗对于某些设计来说可能同样重要,一个低噪声器件会消耗比较多的电流,而一个低功耗的器件则...

发表于 2018-02-10 02:03 ? 592次阅读
模拟信号路径在便携医疗设备中的技术探讨

同轴滤波器详解

同轴滤波器同轴滤波器包括梳状腔体滤器交指腔体滤波器、小体积阶跃带通滤波器和同轴低通滤波器等,该系列滤...

发表于 2018-02-08 19:37 ? 304次阅读
同轴滤波器详解

LC带通滤波器的应用设计

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...

发表于 2018-02-08 19:30 ? 560次阅读
LC带通滤波器的应用设计

详解LPC2000系列ARM微控制器的CAN验收...

 LPC2000 系列ARM微控制器是采用ARM7TDMI-S内核的32位嵌入式微处理器,内嵌2路或...

发表于 2018-02-08 19:24 ? 263次阅读
详解LPC2000系列ARM微控制器的CAN验收...

图解卡尔曼滤波器

 卡尔曼滤波器是一种由卡尔曼(Kalman)提出的用于时变线性系统的递归滤波器。这个系统可用包含正交...

发表于 2018-02-07 18:06 ? 361次阅读
图解卡尔曼滤波器

详谈一阶RC低通滤波器如何过滤高频噪声

关于一阶滤波器的种种有很多资料可查,像截止频率啊,相移啊什么的,这些在这里就不再重复了。本文主要阐述...

发表于 2018-02-07 17:58 ? 601次阅读
详谈一阶RC低通滤波器如何过滤高频噪声

多种开关电源输出滤波器技术逐步骤的设计过程解析

实践证明,在很多应用中,经过适当滤波的开关转换器可以代替线性稳压器从而产生低噪声电源。哪怕在要求极低...

发表于 2018-02-07 01:01 ? 565次阅读
多种开关电源输出滤波器技术逐步骤的设计过程解析

超宽带EMI滤波器的设计思路

文章介绍超宽带EMI滤波器的设计思路,该滤波器的滤波频率可以达到40GHz甚至更高,在频率低端采用L...

发表于 2018-02-06 18:33 ? 336次阅读
超宽带EMI滤波器的设计思路

用Multisim分析二阶低通滤波器电路

Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司近年推出的电...

发表于 2018-02-06 18:28 ? 584次阅读
用Multisim分析二阶低通滤波器电路

详解MEMS的几种RF相关应用产品SAW,BAW...

声表面波滤波器(SAWF)是利用压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电石英晶体振荡器材料的压电效应和声表面波传...

发表于 2018-02-06 08:57 ? 2444次阅读
详解MEMS的几种RF相关应用产品SAW,BAW...

设计滤波器堵住开关电源噪声的方法

开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是,它们最大的缺点...

发表于 2018-02-05 19:25 ? 396次阅读
设计滤波器堵住开关电源噪声的方法

滤波器的阶数与衰减陡度

在进行滤波器的设计之前,首先需要理解的是滤波器的频率响应的问题。图1.6简单示出各种5阶低通滤波器的...

发表于 2018-02-05 19:23 ? 243次阅读
滤波器的阶数与衰减陡度

如何解决为滤波器选择正确的放大器的困扰

器件选择对电路设计来说至关重要。在最终开始生产前,通过仿真和原型制作验证器件选择是否正确极为重要。

发表于 2018-02-05 19:21 ? 399次阅读
如何解决为滤波器选择正确的放大器的困扰

介绍变频器和PLC进行配合以及连接时所需注意的事...

在现在生产条件下,当利用变频器构成自动控制系统进行控制时,很多情况下是需要采用plc和变频器相配合使...

发表于 2018-01-29 10:01 ? 756次阅读
介绍变频器和PLC进行配合以及连接时所需注意的事...