窄带带通滤波器设计实例

第２０卷

第１５期

电子设计工程

２０１２年８月

Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．１５ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ａｕｚ．２０１２

窄带带通滤波器设计实例

王冬梅

（陕西烽火电子股份有限公司通装研究所，陕西宝鸡７２１００６）

摘要：为了解决声表面波滤波器插损太大，造成有用信号衰减严重，弥补插损又会引起底部噪声抬高的问题。该文设

计了一种用ＬＣ集总元件实现的窄带带通滤波器，其特．景是插入损耗小，成本低，带外衰减大，较好解决了因声表面

波滤波器插损大而引起的一系列问题，不会引起通道底部噪声的抬高。仿真结果证明了该设计方案的可行性。

关键词：ＬＣ滤波器；集总元件；声表面波滤波器；底部噪声

中图分类号：ＴＮ９２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）１５—０１１３—０２

Ｄｅｓｉｇｎ ｅｘａｍｐｌｅ ０ｆ ｌｌｌｔｒａ－ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ—ｍｅｉ

（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 眦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

滤波器是无线电工程中最常用的基本元件，国内外早已 提下，大幅度降低了整机成本，成功解决了该型接收机中频

进行了大量的详细研究。随着技术的发展和进步，滤波器技 信号的滤波问题。

术总是在不断地进行结构的变换，改进及设计方法的更新。

毫不夸张地说。滤波器的设计仍然是当今无线电技术的中心

１带通滤波器的要求

问题之一。特别是当今的信息时代，信息技术产业突飞猛进

中心频率ｆｏ－－７０ ＭＨｚ； ±５ ＭＨｚ处衰减≤１．５ ｄＢ； ±

的今日．电磁波的各个频段都被各种充分的理由拥挤不堪地 １５ ＭＨｚ处衰减≥５０ ｄＢ：输入输出阻抗均为５０ Ｑ。

占用掉．而要想获得良好的抗干扰或电子对抗的效果，滤波

器的性能尤为重要。

２带通滤波器的理论设计

近代电子设备中，广泛地应用着各种型式的滤波器。按

１）变换为几何对称的带通参数

对滤波器不同的要求，可分为不同的类别。若按频段来划分， 首先计算几何中心频率

可分为低频，高频、甚高频和微波等滤波器；若按网络中是否

＝

工＝Ｎ／６５ｘ１０６ｘ７５ｘ１０６＝６８．３７４ｘ１０６ Ｈｚ

含有能源来划分可分为有源或无源滤波器；若按使用元件的

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

特征来划分，又可分为ＬＣ滤波器［】１、晶体滤波器闭、机械滤波

２）计算带通陡度系数

器四、陶瓷滤波器、螺旋滤波器网和声表面波滤波器圈等。

＝

在某型接收机的研制过程中，原７Ｏ ＭＨｚ中频信号选用

｛ ＝３

声表面波滤波器来滤除其无用信号．但由于声表面波滤波器

３）选择归一化低通滤波器

整体插入损耗太大．使得有用信号衰减严重，不得不再加一

由文献【７】知，ｎ＝５，Ｏ．１ ｄＢ带内波动的切比雪夫１７１滤波器

级放大。而这样又会引起底部噪声同的抬高。为解决这一问

可满足响应条件的要求，查表得切比雪夫归一化低通滤波器

题，笔者设计出一种７０ ＭＨｚ窄带带通滤波器，选用Ｌ、Ｃ集总

的电路形式与参数如图１所示。

元件实现其网络参数。该滤波器通带宽度１０ ＭＨｚ，阻带衰减

４）用ｚ－５０和

＝１０ ＭＨｚ对低通滤波器去归一化公式

．

最高可达５０ ｄＢ以上，插入损耗仅１ ｄＢ左右。较好地解决了

如下：

接收机７０ ＭＨｚ中频信号的滤波问题，不衰减有用信号，省掉

Ｌ＊＝ＬｘＲｋｏ￣＝Ｌｘ５ＯＩ２＇ｎ ｆｏ （１）

一

级放大。不会引起底部噪声的抬高。在保证信号质量的前

Ｃ＊＝Ｃ／ｏｏ ＝ＣＩ２＂ｔｒｆ （２）

根椐公式（１）、（２）计算得到低通滤波器的各元件值如表

收稿日期：２０１２—０４—２８ 稿件编号：２０１２０４２２４

作者简介：王冬梅（１９６４一），女，陕西宝鸡人，高级工程师。研究方向：无线通信。

—－

１１３－

《电子设计工程）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—广’

Ｔｅｒｍ２

Ｎｕｍ＝２

１Ｑ

丫

图ｌ归一化低通滤波器

Ｆｉｇ．１ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

。

蘸 ｒ ‰ ｌＬ兰 ＇￣／Ｃ５ Ｉ＂ｌ Ｔｅｒｍ２

图４优化后实际带通滤波器

Ｆｉｇ．４ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｎｄ—ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

１所示。

～

裹１低通滤波器元件值

采用ＡＤＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ）仿真软件对以上优

Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ

化后带通滤波器的网络参数进行理想仿真，结果如图５所

示。由图可见各项指标均能满足要求，且有余量。从优化结果

中可以看到，电容的元件参数都是标称值，工程中很容易实

５）将低通滤波器变成带通滤波器

现，电感可以选用磁环自行绕制，参数可调。选用贴片多层电

每个电容并联一个电感使之谐振，每个电感串联一个电

容，和低损耗的高Ｑ磁环绕制电感，即可满足带通滤波器的

容使之谐振；谐振频率为Ｊ￣＝６８．３７４ ＭＨｚ公式如下： 要求。按照以上方法及优化后的参数．对带通滤波器进行工

＝１／［（ｔｏｏ） ］ （３）

程实现．结果与理论仿真基本吻合。

｝＝１，（（ ）２）（ ］ （４）

根椐公式（３）、（４）计算得到带通滤波器的各元件值如表

ｎｌ１ Ｉ

ｒｅｑ＝

６５

２所示，带通滤波器电路图及网络参数如图２所示。

ｍｌ－－ｉ ８．１ ．Ｏ２ ＯＭ／ｔ ｆｌ ２ｍ

．

衰２带通滤波器元件值

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 垒 １

ｆｒｅｑ，ＭＨｚ

图５优化后参数的仿真结果

Ｆｉｇ．５ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

图２带通滤波器电路图

悉

Ｆｉｇ＿ ｓｃｈ 砒ｉ ” Ｐ 肌。 ４ 结束语

３设计方案的实现

文中介绍了一种带通滤波器的设计、仿真及实现的方

采用ＡＤＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ）仿真软件对以上带 法，该滤波器指标优良，带内插损１．５ ｄＢ以内，带外衰减达

通滤波器的网络参数进行理想仿真，结果如图３所示。

５０ ｄＢ以上。较好地解决了接收机７０ ＭＨｚ中频信号的滤波问

１

｜６５．００ＭＨｚ

ｍｌ－－ ０．０８７ Ｉ巫

ｌ

题，不衰减有用信号，省掉一级放大，不会引起底部噪声的抬

高，在保证信号质量的前提下，大幅度降低了整机成本，成功

ｍ３

ｆｒｅｑ＝５５．ＯＯＭＨｚ

解决了该型接收机中频信号的滤波问题。

ｍ３－－５９．８９９

ｍ４

ｆｒｅｑ＝８５．ＯＯＭｌｔｚ

参考文献：

ｍ４＝－６０．１Ｏ９

一一６０

ｆｌ】薛培鼎．ＬＣ滤波器设计与制作啤北京：科学出版社，２００５．

一

８０

［２】周乘联．晶体滤波器的理论与计算［Ｍ】．北京：人民邮电出

兽一１Ｏ０

版社．１９７８．

—

１２０

４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １ ００

【３】柳力源，陈双．机械滤波器［Ｍ】．成都：机械滤波器协会出

ｆｒｅｑ，ＭＨｚ

版．１９８５．

图３原始参数的仿真结果

『４１成都电讯工程学院七系．ＬＣ滤波器和螺旋滤波器的设

Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｆｉ＃ｎ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

计［Ｍ】．北京：人民邮电出版社，１９７８．

由图３可知原始参数的仿真结果并不理想。个别指标不

［５】王景山，刘天飞，孙玮．声表面波器件模拟与仿真【Ｍ】．北

能满足要求，且元件参数不标准，实际中不易实现。利用仿真

京：国防工业出版社．２００２．

软件对原始参数进行反复调整、优化得带通滤波器的网络参

［６】陈邦媛．射频通信电路［Ｍ】．北京：科学出版社，２００４．

数结果如图４所示。

［７】喻春轩．电子滤波器设计手册 北京：电子工业出版社，１９８６．

－

１１４－