低通滤波器设计

微波、毫米波系统课程设计 ——低通滤波器的设计 一、设计背景 滤波器是一种把不同频率分开的元件，为了保留有用频段的信号而将无用频段的信号滤除，其本质是一种具有特定频率响应的元件。 四种基本类型的滤波器电路是：低通滤波电路、高通滤波电路、带通滤波电路、带阻滤波电路。 低通滤波器是一种能传输低频段信号、隔除高频段信号的元件，即对低频段信号的衰减小、对高频段信号的衰减大，可通过其 S参数中的21S（传输系数）或插入损耗（21lg10)(SdBIL）反映出来。 低通滤波器可以按照不同的特性参数进行设计。巴特沃兹滤波电路具有衰减的单调性，并且可以在通带内获得最大的平坦度。巴特沃兹滤波电路的设计参数来源于二项式，可以获得最平滑的衰减特性，也被称为最大平滑滤波电路。契比雪夫滤波电路的衰减在通带外有单调性，而在通带内存在等幅波动。契比雪夫滤波电路的设计参数来源于契比雪夫多项式，可以调整参数限制通带内波纹的幅度，所以称为等波纹滤波电路。椭圆滤波电路的衰减在通带内和通带外都不具单调性，均会出现一定幅度的波动。椭圆滤波电路的设计参数来源于椭圆函数，设计过程较为复杂。 二、设计要求 用插入损耗法设计微带阶跃阻抗低通滤波器，要求实现最平坦响应特性。截止频率为 2.5GHz ，在 4GHz处插损必须大于 20dB ，滤波器阻抗50。最高可实现阻抗120，最低可实现阻抗20。介质基片 0.158cm，介电常数 4.2，铜导体厚度 0.5mil。 三、设计过程 1、选择网络结构 由于要求实现最平坦响应特性，因此优先选择理想的巴特沃兹低通滤波器，选择的 L-C网络结构如下所示： 2、确定阶数和 g值 根据条件截止频率为 2.5GHz ，在 4GHz处插损大于 20dB ，查图表知所需低通滤波器至少为 6阶，再查表得到巴特沃兹低通滤波器的 g1至 g6的值：0.5176、1.4142、1.9318、1.9378、1.4142、0.5176 。 3、计算电长度 等效为电感的传输线通常选实际能做到的特性阻抗的最大值，等效为电容的传输线通常选实际能做到的特性阻抗的最小值，设传输线能做到的特性阻抗的最大值和最小值分别为hZ 、lZ ，则等效为串联电感和并联电容所需传输线的长度为： hsZLRl  slRCZl  其中，L和 C是低通滤波器原型的元器件值，sR 是滤波器阻抗。 具体计算微带线电长度如下： 9.1 11 8 05 02 05 1 7 6.01l 8.3 31 8 01 2 05 04 1 4 2.12l 3.4 4...