一種UHF帶通濾波器的設計

0 引言

濾波器類(lèi)型的選擇可根據濾波器設計的帶寬等指標和具體的應用場(chǎng)合來(lái)選擇。相對帶寬在20%以下的為窄帶濾波器，應選用窄帶濾波器的設計方法來(lái)設計; 相對帶寬在40%以上的為寬帶濾波器，應選用寬帶濾波器的設計方法來(lái)設計;而介于兩者之間的為中等帶寬濾波器。由上面的指標可以看出本濾波器是窄帶帶通濾 波器。

采用巴特沃斯濾波器來(lái)設計可以使通帶內具有最大平坦的幅頻響應;而切比雪夫濾波器的好處是：帶外抑制好，但是帶內有一定的波動(dòng);本文設計的濾波器要 求帶外近端抑制良好(可以用切比雪夫濾波器或橢圓函數濾波器來(lái)實(shí)現，但是從后面的分析看要使用LC濾波器，而用LC濾波器的話(huà)，使用切比雪夫形式電路元件 的值過(guò)于小，很難實(shí)現，這個(gè)可以用軟件仿真來(lái)說(shuō)明)，以此可以看出，用橢圓函數濾波器更適合。

微帶濾波器通過(guò)采用不同的襯底材料可以在很大的頻率范圍內應用(從幾百MHz到幾十GHz);同軸濾波器由于其微小的尺寸，制作精度很難達到;波導 濾波器在小信號電平上，它的頻率基本是8~100 GHz;陶瓷介質(zhì)濾波器體積大，形狀因子與品質(zhì)因數較小;LC濾波器適用于本濾波器頻段，且較容易制作和調試。

綜上，本設計采用：橢圓函數LC帶通濾波器進(jìn)行設計。設計指標如下：

中心頻率為450 MHz;工作帶寬為20 MHz;帶內插損為3 dB;帶外抑制為-40 dB.

1 關(guān)于濾波器階數N 的選擇

濾波器級數N 是一個(gè)重要的參數，它的選擇直接影響到濾波器的性能，特別是濾波器的插損和帶外特性，所以N 的選擇非常重要。

先對可能用到的一些概念和公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

對于終端短路式濾波器其濾波器級數N 應滿(mǎn)足下面關(guān)系式：

對于帶通濾波器，起相對帶寬小于20%,所以其屬于窄帶濾波器。

由上面的公式可以算出：N 必須大于或等于3,才能滿(mǎn)足上面的近似指標。

2 關(guān)于橢圓函數LC帶通濾波器的仿真及設計

對電路各元件值先進(jìn)行簡(jiǎn)單的假定，通過(guò)運用ADS進(jìn)行仿真來(lái)審查，并進(jìn)行優(yōu)化。

根據所給指標設計的電路圖進(jìn)行仿真。圖1 是根據所設定的原理圖進(jìn)行的仿真。從仿真圖中可以看出，該電路的元件值并不能達到所要求的指標。首先，本設計要求中心頻率在450 MHz,但是此電路的中心頻率有一定的偏移;而且從圖中明顯看出帶外抑制并不良好，無(wú)法達到所要求的指標;而且帶內插損也比較大;單單從電路元件的值上 看，線(xiàn)圈的值比較小，在制作過(guò)程中比較難繞制，比較難實(shí)現。

綜合上面的分析，此電路圖的元件值需要進(jìn)行一定的調整。

經(jīng)過(guò)一系列的調整、仿真，最后得到如圖2 所示的電路原理圖和仿真圖。

從此電路仿真圖可以看出中心頻率準確的落在450 MHz上，帶內插損比較小，而且帶外抑制也比較明顯，而且線(xiàn)圈的值相對并不是很小，實(shí)際上可以實(shí)現，基本上符合制作要求，予以采用。到此本節設計仿真結束，下面進(jìn)行此電路的制板。