窄帶帶通濾波器設計實例

第２０卷

第１５期

電子設計工程

２０１２年８月

Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．１５ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ａｕｚ．２０１２

窄帶帶通濾波器設計實例

王冬梅

（陜西烽火電子股份有限公司通裝研究所，陜西寶雞７２１００６）

摘要：為了解決聲表面波濾波器插損太大，造成有用信號衰減嚴重，彌補插損又會引起底部噪聲抬高的問題。該文設

計了一種用ＬＣ集總元件實現的窄帶帶通濾波器，其特．景是插入損耗小，成本低，帶外衰減大，較好解決了因聲表面

波濾波器插損大而引起的一系列問題，不會引起通道底部噪聲的抬高。仿真結果證明了該設計方案的可行性。

關鍵詞：ＬＣ濾波器；集總元件；聲表面波濾波器；底部噪聲

中圖分類號：ＴＮ９２４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：１６７４—６２３６（２０１２）１５—０１１３—０２

Ｄｅｓｉｇｎ ｅｘａｍｐｌｅ ０ｆ ｌｌｌｔｒａ－ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ—ｍｅｉ

（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 眥Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａａａｘｉ 啦啪Ｅｌｅｃｔｏｒｎｉｃｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｂａｏｊｉ ７２１００６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ，ｕｓｅｆｕｌｌ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｂ￣ａｌｙ．Ｂｕｔ

ｍａｋｉｎｇ ｕｐ ｆｏ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｗｉｌｌ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｎｏｉｓｅ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａｎ ｕｌｔｒａ－ｎａｒｒｏｗ ｂａｎ＠ａｓｓ ｉｆｌｔｅｒ ｗｉｔｈ ＬＣ ｌｕｍｐｅｄ

ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ ｈａｓ ｌｏｗ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ，ｆａｓｔ ｏｕｔ－ｂａｎｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈＯＷ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｉＳ ｆｅａｓｉｂｌｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＣ ｆｉｌｔｅｒ；ｌｕｍｐｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ；ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｏｆ ｉｆｌｔｅｒ；ｂｏｔｔｏｍ ｎｏｉｓｅ

濾波器是無線電工程中最常用的基本元件，國內外早已 提下，大幅度降低了整機成本，成功解決了該型接收機中頻

進行了大量的詳細研究。隨著技術的發展和進步，濾波器技 信號的濾波問題。

術總是在不斷地進行結構的變換，改進及設計方法的更新。

毫不夸張地說。濾波器的設計仍然是當今無線電技術的中心

１帶通濾波器的要求

問題之一。特別是當今的信息時代，信息技術產業突飛猛進

中心頻率ｆｏ－－７０ ＭＨｚ； ±５ ＭＨｚ處衰減≤１．５ ｄＢ； ±

的今日．電磁波的各個頻段都被各種充分的理由擁擠不堪地 １５ ＭＨｚ處衰減≥５０ ｄＢ：輸入輸出阻抗均為５０ Ｑ。

占用掉．而要想獲得良好的抗干擾或電子對抗的效果，濾波

器的性能尤為重要。

２帶通濾波器的理論設計

近代電子設備中，廣泛地應用著各種型式的濾波器。按

１）變換為幾何對稱的帶通參數

對濾波器不同的要求，可分為不同的類別。若按頻段來劃分， 首先計算幾何中心頻率

可分為低頻，高頻、甚高頻和微波等濾波器；若按網絡中是否

＝

工＝Ｎ／６５ｘ１０６ｘ７５ｘ１０６＝６８．３７４ｘ１０６ Ｈｚ

含有能源來劃分可分為有源或無源濾波器；若按使用元件的

即 ＝６８．３７４ ＭＨｚ；ＢＷＩｊ １０ ＭＨｚ；ＢＷ５Ｄ曲＝３０ ＭＨｚ。

特征來劃分，又可分為ＬＣ濾波器［】１、晶體濾波器閉、機械濾波

２）計算帶通陡度系數

器四、陶瓷濾波器、螺旋濾波器網和聲表面波濾波器圈等。

＝

在某型接收機的研制過程中，原７Ｏ ＭＨｚ中頻信號選用

｛ ＝３

聲表面波濾波器來濾除其無用信號．但由于聲表面波濾波器

３）選擇歸一化低通濾波器

整體插入損耗太大．使得有用信號衰減嚴重，不得不再加一

由文獻【７】知，ｎ＝５，Ｏ．１ ｄＢ帶內波動的切比雪夫１７１濾波器

級放大。而這樣又會引起底部噪聲同的抬高。為解決這一問

可滿足響應條件的要求，查表得切比雪夫歸一化低通濾波器

題，筆者設計出一種７０ ＭＨｚ窄帶帶通濾波器，選用Ｌ、Ｃ集總

的電路形式與參數如圖１所示。

元件實現其網絡參數。該濾波器通帶寬度１０ ＭＨｚ，阻帶衰減

４）用ｚ－５０和

＝１０ ＭＨｚ對低通濾波器去歸一化公式

．

最高可達５０ ｄＢ以上，插入損耗僅１ ｄＢ左右。較好地解決了

如下：

接收機７０ ＭＨｚ中頻信號的濾波問題，不衰減有用信號，省掉

Ｌ＊＝ＬｘＲｋｏ￣＝Ｌｘ５ＯＩ２＇ｎ ｆｏ （１）

一

級放大。不會引起底部噪聲的抬高。在保證信號質量的前

Ｃ＊＝Ｃ／ｏｏ ＝ＣＩ２＂ｔｒｆ （２）

根椐公式（１）、（２）計算得到低通濾波器的各元件值如表

收稿日期：２０１２—０４—２８ 稿件編號：２０１２０４２２４

作者簡介：王冬梅（１９６４一），女，陜西寶雞人，高級工程師。研究方向：無線通信。

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《電子設計工程）２０１２年第１５期

１．１９ ｐｉｔ ４＇％Ｆ

Ｔｅｒ￣ｌ

Ｎｕｍ－ｉ

ｌｎ

１．５５５９ Ｉ

Ｃ３ ｘ．Ｌ，Ｃ５ 厶／’ＩＩ

２．２４１１—廣’

Ｔｅｒｍ２

Ｎｕｍ＝２

１Ｑ

丫

圖ｌ歸一化低通濾波器

Ｆｉｇ．１ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

。

蘸 ｒ ‰ ｌＬ蘭 ＇￣／Ｃ５ Ｉ＂ｌ Ｔｅｒｍ２

圖４優化后實際帶通濾波器

Ｆｉｇ．４ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｎｄ—ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

１所示。

～

裹１低通濾波器元件值

采用ＡＤＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ）仿真軟件對以上優

Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

化后帶通濾波器的網絡參數進行理想仿真，結果如圖５所

示。由圖可見各項指標均能滿足要求，且有余量。從優化結果

中可以看到，電容的元件參數都是標稱值，工程中很容易實

５）將低通濾波器變成帶通濾波器

現，電感可以選用磁環自行繞制，參數可調。選用貼片多層電

每個電容并聯一個電感使之諧振，每個電感串聯一個電

容，和低損耗的高Ｑ磁環繞制電感，即可滿足帶通濾波器的

容使之諧振；諧振頻率為Ｊ￣＝６８．３７４ ＭＨｚ公式如下： 要求。按照以上方法及優化后的參數．對帶通濾波器進行工

＝１／［（ｔｏｏ） ］ （３）

程實現．結果與理論仿真基本吻合。

｝＝１，（（ ）２）（ ］ （４）

根椐公式（３）、（４）計算得到帶通濾波器的各元件值如表

ｎｌ１ Ｉ

ｒｅｑ＝

６５

２所示，帶通濾波器電路圖及網絡參數如圖２所示。

ｍｌ－－ｉ ８．１ ．Ｏ２ ＯＭ／ｔ ｆｌ ２ｍ

．

衰２帶通濾波器元件值

ｍ４

Ｔａｂ．２ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＶａＩｕｅｓ ｏｆ ｂａｎｄ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

ｆｒｅｑ－８５．００Ｍｌｌｚ

ｍ４－－５ ３．７０７

ｍｆ ｍ一一 一

１２４ ｕ Ｈ ４? ７ｐＦ １￣Ａ，．４ ．３７ｐＦ

．

７０

Ｔｅ ｒｍ１ Ｉ１＂１１ 毫 ． Ｈｎｒ Ｃ ３ ｒ 壘 １

ｆｒｅｑ，ＭＨｚ

圖５優化后參數的仿真結果

Ｆｉｇ．５ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

圖２帶通濾波器電路圖

悉

Ｆｉｇ＿ ｓｃｈ 砒ｉ ” Ｐ 肌。 ４ 結束語

３設計方案的實現

文中介紹了一種帶通濾波器的設計、仿真及實現的方

采用ＡＤＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ）仿真軟件對以上帶 法，該濾波器指標優良，帶內插損１．５ ｄＢ以內，帶外衰減達

通濾波器的網絡參數進行理想仿真，結果如圖３所示。

５０ ｄＢ以上。較好地解決了接收機７０ ＭＨｚ中頻信號的濾波問

１

｜６５．００ＭＨｚ

ｍｌ－－ ０．０８７ Ｉ巫

ｌ

題，不衰減有用信號，省掉一級放大，不會引起底部噪聲的抬

高，在保證信號質量的前提下，大幅度降低了整機成本，成功

ｍ３

ｆｒｅｑ＝５５．ＯＯＭＨｚ

解決了該型接收機中頻信號的濾波問題。

ｍ３－－５９．８９９

ｍ４

ｆｒｅｑ＝８５．ＯＯＭｌｔｚ

參考文獻：

ｍ４＝－６０．１Ｏ９

一一６０

ｆｌ】薛培鼎．ＬＣ濾波器設計與制作啤北京：科學出版社，２００５．

一

８０

［２】周乘聯．晶體濾波器的理論與計算［Ｍ】．北京：人民郵電出

獸一１Ｏ０

版社．１９７８．

—

１２０

４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １ ００

【３】柳力源，陳雙．機械濾波器［Ｍ】．成都：機械濾波器協會出

ｆｒｅｑ，ＭＨｚ

版．１９８５．

圖３原始參數的仿真結果

『４１成都電訊工程學院七系．ＬＣ濾波器和螺旋濾波器的設

Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｆｉ＃ｎ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

計［Ｍ】．北京：人民郵電出版社，１９７８．

由圖３可知原始參數的仿真結果并不理想。個別指標不

［５】王景山，劉天飛，孫瑋．聲表面波器件模擬與仿真【Ｍ】．北

能滿足要求，且元件參數不標準，實際中不易實現。利用仿真

京：國防工業出版社．２００２．

軟件對原始參數進行反復調整、優化得帶通濾波器的網絡參

［６】陳邦媛．射頻通信電路［Ｍ】．北京：科學出版社，２００４．

數結果如圖４所示。

［７】喻春軒．電子濾波器設計手冊 北京：電子工業出版社，１９８６．

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