一種UHF帶通濾波器的設計

摘 要： 為了掌握微波濾波器的制作原理及設計方法，實現一種UHF波段帶通濾波器的設計和制作。該設計采用了既定指標確定濾波器的形式（橢圓函數LC帶通濾波器），以橢圓函數為理論基礎，通過軟件仿真、版圖制作、加工，并通過矢量網絡分析儀進行調試、測試，從而制作成功滿足指標的UHF波段帶通濾波器。要設計一個濾波器，首先要分析濾波器的技術指標，選擇合適的濾波器形式，確定濾波器的級數，分析濾波器的帶外特性以及通帶特性，估算濾波器中心衰減和帶外抑制的大小，對濾波器進行合理的設計與計算，最后要對濾波器進行仿真優化，直至達到滿意的技術指標。

關鍵詞： 帶通濾波器； 橢圓函數； 微波濾波器； 仿真優化

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0015?03

濾波器類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合來選擇。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[1?5]來設計；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[6]。

采用巴特沃斯濾波器[7]來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[8]的好處是：帶外抑制好，但是帶內有一定的波動；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實現，但是從后面的分析看要使用LC濾波器，而用LC濾波器的話，使用切比雪夫形式電路元件的值過于小，很難實現，這個可以用軟件仿真來說明），以此可以看出，用橢圓函數濾波器[9?12]更適合。

1 關于濾波器階數N的選擇

2 關于橢圓函數LC帶通濾波器的仿真及設計

對電路各元件值先進行簡單的假定，通過運用ADS進行仿真來審查，并進行優化。

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，而且線圈的值相對并不是很小，實際上可以實現，基本上符合制作要求，予以采用。到此本節設計仿真結束，下面進行此電路的制板。

3 關于橢圓函數LC帶通濾波器的電路的制板

4 制作此橢圓函數LC帶通濾波器及其調試

首先是線圈的繞制。根據以上的結論，線圈的繞制是關鍵的過程。最大的是250.2 nH，最小的是19.27 nH。本電感采用漆包線進行繞制（所以在將線圈焊制到電路板上之前，將線圈焊腳外部的漆用小刀刮去），繞制250.2 nH的線圈，根據以往對電感線圈的了解和對此線圈的假設，先繞制7圈，進行測試和調節。本設計的電容是采用陶瓷貼片電容，由于該電容的Q值比較低，因此本濾波器的帶內插損并不能如同仿真那樣好，只能調到-4 dB左右，而且本濾波器的駐波系數會比較大。

將另一個繞制的250.2 nH的線圈和一個0.5 pF的電容，按照之前設計的電路進行焊制并用網絡分析儀調試。雖然此次的線圈值和第一個值是一樣的，但是由于貼片電容制作上的誤差以及線圈繞制的誤差等等因素，使得此線圈并不是完全和第一個匝數一樣，所以還要進行多次測量調試和修改才能達到所要求的值。

最后一步是焊制，此過程與23.88 nH線圈的繞制基本相同。接下來就是對整個濾波器進行調整，以達到最好的制作指標。

5 結 語

要設計一個濾波器，首先要分析濾波器的技術指標，選擇合適的濾波器形式，確定濾波器的級數，分析濾波器的帶外特性以及通帶特性，估算濾波器中心衰減和帶外抑制的大小，對濾波器進行合理的設計與計算，最后要對濾波器進行仿真優化，直至達到滿意的技術指標。接著就可以制板，并加工調試。

在調試的過程中，容易忽略電路所產生的寄生電容和寄生電感對整個電路的影響。在對波形進行調試的時候，只對線圈進行了調整，忽略了電容的影響。本身很小的電容在寄生電容的疊加下，可能會比較大的改變開始仿真時候的值。在測試的時候，應該對幾個比較小的電容進行適當的調整并測試，這樣才能比較好的滿足所要求的性能指標。

參考文獻

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