窄帶帶通濾波器設(shè)計(jì)實(shí)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）

濾波器是無線電工程中最常用的基本元件，國(guó)內(nèi)外早已進(jìn)行了大量的詳細(xì)研究。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，濾波器技術(shù)總是在不斷地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的變換，改進(jìn)及設(shè)計(jì)方法的更新。毫不夸張地說，濾波器的設(shè)計(jì)仍然是當(dāng)今無線電技術(shù)的中心問題之一。特別是當(dāng)今的信息時(shí)代，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)的今日，電磁波的各個(gè)頻段都被各種充分的理由擁擠不堪地占用掉，而要想獲得良好的抗干擾或電子對(duì)抗的效果，濾波器的性能尤為重要。

近代電子設(shè)備中，廣泛地應(yīng)用著各種型式的濾波器。按對(duì)濾波器不同的要求，可分為不同的類別。若按頻段來劃分，可分為低頻，高頻、甚高頻和微波等濾波器；若按網(wǎng)絡(luò)中是否含有能源來劃分可分為有源或無源濾波器；若按使用元件的特征來劃分，又可分為L(zhǎng)C濾波器[1]、晶體濾波器[2]、機(jī)械濾波器[3]、陶瓷濾波器、螺旋濾波器[4]和聲表面波濾波器[5]等。

在某型接收機(jī)的研制過程中，原70 MHz中頻信號(hào)選用聲表面波濾波器來濾除其無用信號(hào)，但由于聲表面波濾波器整體插入損耗太大，使得有用信號(hào)衰減嚴(yán)重，不得不再加一級(jí)放大，而這樣又會(huì)引起底部噪聲[6]的抬高。為解決這一問題，筆者設(shè)計(jì)出一種70 MHz窄帶帶通濾波器，選用L、C集總元件實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。該濾波器通帶寬度10 MHz，阻帶衰減最高可達(dá)50 dB以上，插入損耗僅1 dB左右，較好地解決了接收機(jī)70 MHz中頻信號(hào)的濾波問題，不衰減有用信號(hào)，省掉一級(jí)放大，不會(huì)引起底部噪聲的抬高。在保證信號(hào)質(zhì)量的前提下，大幅度降低了整機(jī)成本，成功解決了該型接收機(jī)中頻信號(hào)的濾波問題。

1 帶通濾波器的要求

中心頻率f0=70 MHz；f0±5 MHz處衰減≤1.5 dB；f0±15 MHz處衰減≥50 dB；輸入輸出阻抗均為50 Ω。

2 帶通濾波器的理論設(shè)計(jì)

1）變換為幾何對(duì)稱的帶通參數(shù)

首先計(jì)算幾何中心頻率

2）計(jì)算帶通陡度系數(shù)

3）選擇歸一化低通濾波器

由文獻(xiàn)[7]知，n=5，0.1 dB帶內(nèi)波動(dòng)的切比雪夫[7]濾波器可滿足響應(yīng)條件的要求，查表得切比雪夫歸一化低通濾波器的電路形式與參數(shù)如圖1所示。

4）用Z=50和fc=10 MHz對(duì)低通濾波器去歸一化公式如下：

根椐公式（1）、（2）計(jì)算得到低通濾波器的各元件值如表1所示。

5）將低通濾波器變成帶通濾波器

每個(gè)電容并聯(lián)一個(gè)電感使之諧振，每個(gè)電感串聯(lián)一個(gè)電容使之諧振；諧振頻率為f0=68.374 MHz公式如下：

根椐公式（3）、（4）計(jì)算得到帶通濾波器的各元件值如表2所示，帶通濾波器電路圖及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如圖2所示。

表2 帶通濾波器元件值Tab.2 Component values of band-pass filter

3 設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

采用 ADS（Advanced Design System）仿真軟件對(duì)以上帶通濾波器的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行理想仿真，結(jié)果如圖3所示。

圖3 原始參數(shù)的仿真結(jié)果Fig.3 Simulation results of original parameters

由圖3可知原始參數(shù)的仿真結(jié)果并不理想，個(gè)別指標(biāo)不能滿足要求，且元件參數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際中不易實(shí)現(xiàn)。利用仿真軟件對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整、優(yōu)化得帶通濾波器的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)結(jié)果如圖4所示。

采用 ADS（Advanced Design System）仿真軟件對(duì)以上優(yōu)化后帶通濾波器的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行理想仿真，結(jié)果如圖5所示。由圖可見各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求，且有余量。從優(yōu)化結(jié)果中可以看到，電容的元件參數(shù)都是標(biāo)稱值，工程中很容易實(shí)現(xiàn)，電感可以選用磁環(huán)自行繞制，參數(shù)可調(diào)。選用貼片多層電容，和低損耗的高Q磁環(huán)繞制電感，即可滿足帶通濾波器的要求。按照以上方法及優(yōu)化后的參數(shù)，對(duì)帶通濾波器進(jìn)行工程實(shí)現(xiàn)，結(jié)果與理論仿真基本吻合。

圖5 優(yōu)化后參數(shù)的仿真結(jié)果Fig.5 Simulation results of optimized parameters

4 結(jié)束語

文中介紹了一種帶通濾波器的設(shè)計(jì)、仿真及實(shí)現(xiàn)的方法，該濾波器指標(biāo)優(yōu)良，帶內(nèi)插損1.5 dB以內(nèi)，帶外衰減達(dá)50 dB以上。較好地解決了接收機(jī)70 MHz中頻信號(hào)的濾波問題，不衰減有用信號(hào)，省掉一級(jí)放大，不會(huì)引起底部噪聲的抬高，在保證信號(hào)質(zhì)量的前提下，大幅度降低了整機(jī)成本，成功解決了該型接收機(jī)中頻信號(hào)的濾波問題。

[1]薛培鼎.LC濾波器設(shè)計(jì)與制作[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[2]周乘聯(lián).晶體濾波器的理論與計(jì)算[M].北京：人民郵電出版社，1978.

[3]柳力源，陳雙.機(jī)械濾波器[M].成都：機(jī)械濾波器協(xié)會(huì)出版，1985.

[4]成都電訊工程學(xué)院七系.LC濾波器和螺旋濾波器的設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，1978.

[5]王景山，劉天飛，孫瑋.聲表面波器件模擬與仿真 [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

[6]陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[7]喻春軒.電子濾波器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1986.