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）

濾波器是無線電工程中最常用的基本元件，國內外早已進行了大量的詳細研究。隨著技術的發展和進步，濾波器技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問題之一。特別是當今的信息時代，信息技術產業突飛猛進的今日，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。

近代電子設備中，廣泛地應用著各種型式的濾波器。按對濾波器不同的要求，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；若按網絡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LC濾波器[1]、晶體濾波器[2]、機械濾波器[3]、陶瓷濾波器、螺旋濾波器[4]和聲表面波濾波器[5]等。

在某型接收機的研制過程中，原70 MHz中頻信號選用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整體插入損耗太大，使得有用信號衰減嚴重，不得不再加一級放大，而這樣又會引起底部噪聲[6]的抬高。為解決這一問題，筆者設計出一種70 MHz窄帶帶通濾波器，選用L、C集總元件實現其網絡參數。該濾波器通帶寬度10 MHz，阻帶衰減最高可達50 dB以上，插入損耗僅1 dB左右，較好地解決了接收機70 MHz中頻信號的濾波問題，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，成功解決了該型接收機中頻信號的濾波問題。

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計

1）變換為幾何對稱的帶通參數

首先計算幾何中心頻率

2）計算帶通陡度系數

3）選擇歸一化低通濾波器

由文獻[7]知，n=5，0.1 dB帶內波動的切比雪夫[7]濾波器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的電路形式與參數如圖1所示。

4）用Z=50和fc=10 MHz對低通濾波器去歸一化公式如下：

根椐公式（1）、（2）計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

每個電容并聯一個電感使之諧振，每個電感串聯一個電容使之諧振；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絡參數如圖2所示。

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

3 設計方案的實現

采用 ADS（Advanced Design System）仿真軟件對以上帶通濾波器的網絡參數進行理想仿真，結果如圖3所示。

圖3 原始參數的仿真結果Fig.3 Simulation results of original parameters

由圖3可知原始參數的仿真結果并不理想，個別指標不能滿足要求，且元件參數不標準，實際中不易實現。利用仿真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數結果如圖4所示。

采用 ADS（Advanced Design System）仿真軟件對以上優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，工程中很容易實現，電感可以選用磁環自行繞制，參數可調。選用貼片多層電容，和低損耗的高Q磁環繞制電感，即可滿足帶通濾波器的要求。按照以上方法及優化后的參數，對帶通濾波器進行工程實現，結果與理論仿真基本吻合。

圖5 優化后參數的仿真結果Fig.5 Simulation results of optimized parameters

4 結束語

文中介紹了一種帶通濾波器的設計、仿真及實現的方法，該濾波器指標優良，帶內插損1.5 dB以內，帶外衰減達50 dB以上。較好地解決了接收機70 MHz中頻信號的濾波問題，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，成功解決了該型接收機中頻信號的濾波問題。

[1]薛培鼎.LC濾波器設計與制作[M].北京：科學出版社，2005.

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

[3]柳力源，陳雙.機械濾波器[M].成都：機械濾波器協會出版，1985.

[4]成都電訊工程學院七系.LC濾波器和螺旋濾波器的設計[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：國防工業出版社，2002.

[6]陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學出版社，2004.

[7]喻春軒.電子濾波器設計手冊[M].北京：電子工業出版社，1986.