一种Butterworth带通滤波器的设计与实现

提出一种基于MAX260的Butterworth带通滤波器设计方法。介绍了设计Butterworth滤波器的基本原理,以及利用MAX260实现该种滤波方式的具体过程。在实验室环境下举出具体实例实现了四阶Butterworth带通滤波器,并验证了其滤波性能。测试结果表明该方法具有较好的滤波效果。由于该方法中信号滤波由有源程控滤波器芯片完成,可降低微控制器的运算负担,有利于提升系统性能。

Butterworth带通滤波器设计

采用Butterworth函数,设计了应用于射频治疗仪的中心频率为750kHz的带通滤波器,以减少其对配合使用仪器的干扰.并利用Matlab软件对设计的带通滤波器的数学模型进行仿真和进一步优化.实验电路表明,该带通滤波器运行稳定,各项指标达到设计要求.同时也验证了该方法具备可行性和适用性,并可用于其他滤波器的设计.

埋地管道检测中的窄带通滤波器设计与仿真

埋地金属管道铺设环境错综复杂,在管道定位过程中,接收机需要从管道辐射的多频信号中有效分离出128 Hz定位信号,滤除高频信号和50 Hz工频信号。针对埋地管道检测的现实需求,设计了9种不同类型和拓扑结构的四阶128 Hz窄带通滤波器,并通过Multisim14进行仿真分析。结果表明,同种拓扑结构不同电路结构的滤波器幅频特性曲线相同,输入输出增益稍有不同。这9种滤波器的中心频率均在128 Hz附近,其中1 dB切比雪夫型MFB滤波器带宽最窄,为36.803 Hz,Q值最大,为3.473。进一步分析表明,1 dB切比雪夫型MFB滤波器能够有效提取128 Hz信号并滤除干扰信号,在-3 dB带宽(108~145 Hz频率范围)内,滤波器噪声不超过0.132μV·Hz^(-1/2)。另外该滤波器在温度和电容容差等因素的影响下,表现出较小的幅频特性变化,具有良好的稳定性。

基于FPGA的数字带通滤波器设计与仿真

为快速准确地提取超声导波信号中的目标信息,采用流水线加法树阵列结构设计低阶滤波器,采用直接型低阶叠加实现20阶高精度带通滤波器。运用流水线技术与FPGA片上资源相结合实现对该结构数字算法优化,并将其应用在镍铬合金超声导波测温系统中。结果表明:所设计的滤波器对512点的混频超声导波信号滤波耗时约1047个时钟。该滤波器总体设计简单,可以达到实时滤波的功能。

基于HMSIW的小型化三模带通滤波器设计

传统的多模谐振器引入多个谐振器,并利用其中两个甚至多个谐振模式来组合构建滤波器通带,但由于其谐振器个数较多而在射频系统中占用了较大的空间。为此,本文提出了基于半圆形半模基片集成波导(HMSIW)的三模带通滤波器,通过引入金属化过孔来扰动半圆形HMSIW谐振腔的谐振模式的电场分布,使得对应的谐振模式的频率也会随之发生偏移,进而使原本谐振频率相差较大的三个谐振模式的频率逐渐靠近,最终组合形成滤波器的通带。该设计无需引入额外的谐振器,能够实现滤波器尺寸减半甚至成倍减少,从而达成小型化的目的。

基于文氏桥振荡器的CCCⅡ带通滤波器

为了得到一个最简单、最经济的电流模式高Q带通滤波器,根据传统的文氏桥振荡器和伴随网络理论,设计了一个电流模式/跨导模式的CCCⅡ带通滤波器。通过调整CCCⅡ的偏置电流,电路的极点频率和品质因数能够被独立地电调谐,当满足IB3=2IB4,电路还能产生正弦振荡。由于电路使用4个CCCⅡ和2个接地电容,因此电路适宜集成。计算机仿真结果表明设计方法正确。

基于电磁混合耦合的SIW宽阻带带通滤波器设计

为实现阻带一段范围内依然具有良好的抑制能力,提出了电磁混合耦合的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)宽阻带带通滤波器(Bandpass Filter,BPF)。根据模式的本征抑制和电磁混合耦合理论,合理地设置外部馈电端口、内部耦合窗口及内部耦合圆孔阵列,抑制了频率低于TE_(105)和TE_(501)之前的所有高次模,并且使得工作模式TE101电耦合很好地传输。仿真与实测结果均显示,该滤波器的中心频率f_(0)=5.94 GHz,插入损耗为−3.46 dB,相对带宽为2.44%,当阻带宽度延伸至3.85 f0时,抑制深度优于20 dB。与经典的四阶SIW宽阻带带通滤波器相比,拥有相同的带宽时,该双层层叠的方式更加紧凑,有利于集成到微波电路系统中。

一种带陷波零点的新型超宽带带通滤波器

文中提出一种带陷波零点的新型超宽带(UWB)带通滤波器(BPF)结构,该结构由高阻抗线部分和低阻抗线接地部分串联,后并联到50Ω馈线上形成。利用阻抗匹配的思想,验证了高低阻抗接地结构可以产生超宽带带通特性。调节低阻抗线的阻抗可以灵活地调节低频段截止频率,通过在50Ω馈线上引入马刺线结构后,对高频段截止频率也进行了灵活调节,实现了超宽带BPF的灵活设计。将单接地孔结构转化为对称双接地孔结构后,产生了带内陷波零点,通过调节接地孔直径的大小,陷波零点的调节范围达到了3.8 GHz。通过HFSS建模设计了一款中心频率为8 GHz、相对带宽为150%,陷波零点在8 GHz的超宽带BPF。仿真结果表明,插入损耗<0.5 dB,陷波深度达到了-22 dB,上下边沿衰减斜率分别为25 dB/GHz和21 dB/GHz,具有良好的滤波特性,验证了提出结构的可行性,并且整体尺寸仅为13 mm×12 mm,满足小型化要求。

双运放高Q带通滤波器的研究

基于集成运放的主极点模型,首先导出了双运放高Q带通滤波器的环路增益和前向通道增益表达式,以此为依据,用梅森公式求出了滤波器的传输函数,讨论了理想和非理想两种情况下该滤波器极点频率和品质因数表达式,并给出了它们的相对误差公式,解释了该电路出现极点频率和品质因数减弱的原因.

无限脉冲响应切比雪夫数字带通滤波器的设计

为了更准确地设计滤波器,通过理论计算与MATLAB仿真结合的方法。无限长脉冲响应(IIR)数字带通滤波器设计,首先给定数字滤波器的性能指标,然后按照频带变换转换成相应的模拟滤波器的性能指标,进行模拟滤波器的响应设计,最后根据双线性变换原则将模拟滤波器变换成数字滤波器。仿真结果显示,切比雪夫滤波器在过渡带衰减较快,其经济性好,且与理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小,就其输出效果而言,切比雪夫滤波器的阶次较小。

基于卷积神经网络的微带滤波器的参数预测

提出了一种基于卷积神经网络的微带带通滤波器的参数预测方法,针对一个三频带带通滤波器进行预测。首先利用HFSS电磁仿真软件训练数据得到S参数的数据集作为真实值数据集,将微带滤波器的S参数作为输入,物理结构参数作为输出,通过卷积神经网络进行训练,最后将目标S参数作为输入进行参数预测。相比于简单的全连接神经网络,卷积神经网络不仅能够大幅度地减少网络参数,还有效避免了过拟合情况的出现,解决了全连接神经网络耗时长的问题,并且由于卷积神经网络对于结构参数的预测是直接的,即使对于初学者也可以节省大量设计时间。仿真结果表明,目标S参数与卷积神经网络预测后得到的S参数拟合程度很高,证明了该方法对微带滤波器物理结构参数的预测有较高的准确率。

基于GaAs PHEMT工艺的超宽带多通道开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款超宽带7路开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了开关、驱动电路和带通滤波器,实现了开关滤波功能。开关采用反射式串-并联混合结构;译码器和驱动电路控制某一支路开关的导通或关断;带通滤波器由集总电感和电容组成。该开关滤波器组芯片通带频率覆盖0.8~18 GHz。探针测试结果表明,开关滤波器组芯片各个支路的中心插入损耗均小于8.5 dB,通带内回波损耗小于10 dB,典型带外衰减大于40 dB。为后续研发尺寸更小、性能更优的开关滤波器组提供了参考。

一种用于射频前端的谐波整形低功耗N通道滤波器

针对传统射频前端N通道滤波器功耗高,不能根据应用要求选择通过或抑制信号的高次谐波等问题,设计了一款谐波整形低功耗N通道滤波器。该滤波器通过添加具有适当权重的额外路径,可实现谐波抑制和整形的功能。同时,将本振Local Oscillator(LO)信号的n次谐波信号作为时钟信号,降低LO信号频率,时钟信号发生器的动态功耗降低到原来的1/n。SMIC 180 nm CMOS工艺的后仿真结果表明,10通道带通滤波器的中心频率在0.1~6.0 GHz可调,增益为0~5 dB,噪声系数小于4.6 dB,功耗为3.5~6.0 mW,输入三阶交调点(Input 3rd-order Intermodulation Point,IIP3)大于10 dBm,3次和5次谐波抑制分别大于65、90 dB,表明该滤波器具有谐波抑制和谐波整形的功能,且具有较低的功耗。

一种近似芯片级尺寸的小型化微带点频滤波器

射频滤波器作为具备信号筛选功能的射频器件,对现代通信系统而言具有举足轻重的地位。随着通信技术的不断更新迭代,要求射频滤波器具有小型化以及低成本的特点。目前,利用半导体工艺可制作尺寸极小且性能佳的芯片级滤波器,但研发成本普遍过高。文中使用薄膜工艺,通过对滤波器的结构、材料、性能指标进行综合考量,设计了一款适用于点频源、跳频源模块中使用的微带点频滤波器。通过仿真软件HFSS进行建模仿真并对加工工艺进行误差分析,成功得到了一款通带在12 GHz±15 MHz的微带点频滤波器,其尺寸为2.5 mm×3.5 mm×0.127 mm。测试结果表明,性能曲线达到设计指标,成功验证了设计的可行性。

基于悬置微带结构的无反射滤波器

通过悬置微带传输线结构进行了无反射滤波器的研究和设计。首先利用耦合线结构设计了中心频率为3.92 GHz,插入损耗为0.32 dB,在0.1~10 GHz内回波损耗超过11.6 dB,中心频率处超过38 dB的双端口无反射带通滤波器;又利用λ/4开路谐振器和λ/4短路谐振器作为滤波单元,设计了中心频率为4.25 GHz,回波损耗在1.5~6 GHz内超过11 dB,在中心频率处超过40 dB的双端口无反射带阻滤波器。所提出的这两款无反射滤波器具有无反射频带范围宽、工作频带内S_(11)衰减大、多层自封装等突出优点。

基于圆头谐振器的低插损带通滤波器设计

针对插入损耗高和选择性低等问题,提出了一种具有圆形开路终端的新型谐振器拓扑结构。该结构将传统的U型发夹滤波器改成V型,在V型结构的终端引入圆形开路谐振器,并在开路枝节短截线上过孔。基于新型谐振器结构设计了一款尺寸为42.9 mm×36.54 mm(0.35λg×0.3λg)的带通滤波器。该滤波器具有插入损耗低、通带可控和远端优良等优点,并且采用新型谐振器之间的交叉耦合,在近端1 GHz附近产生一个传输零点,有效优化了阻带抑制和带通滤波器的选择性。仿真结果表明,带通滤波器的中心频率为1.7 GHz,3 dB的相对带宽为20%,最大回波损耗优于30 dB,最小插入损耗为0.20 dB,左边的带外抑制在50 dB以下,右边的带外抑制优于20 dB。实物测试结果与仿真结果基本一致,整体性能偏好,证明了该结构的可行性。

基于圆端ASIR的紧凑型带通滤波器设计

为满足现代通信系统对滤波器电路尺寸和滤波性能的需求,提出了一种基于微带传输线的紧凑型带通滤波器。该滤波器采用折叠开环的圆端非对称阶梯阻抗谐振器(Asymmetric Stepped-Impedance Resonator,ASIR),实现了紧凑的电路结构;利用谐振器与馈电结构间的交叉耦合引入两个传输零点,提高了滤波器的通带选择性和阻带抑制性能。基于以上思路,设计了一款尺寸为22.7 mm×12.4 mm的带通滤波器。该滤波器中心频率为2.51 GHz,相对带宽为13.5%,回波损耗S11优于25 dB,带内插入损耗S21低于0.44 dB,阻带抑制优于30 dB。对滤波器进行加工测试,实测结果与仿真结果基本一致,验证了该方案的有效性。此外,该滤波器还具备结构简单、易于集成等优点,有利于通信系统的频率选择和集成化使用。

短路枝节加载微带传输线滤波器设计方法研究

对于微带线滤波器为代表的传输线滤波器设计,给定技术指标,如何快速准确地确定其拓扑结构和结构参数是其中的关键。由于分布参数效应,导致传输线滤波器设计比较困难。针对一种短路枝节加载微带传输线滤波器,深入研究了其物理机制,给出了解析设计方法。首先导出了滤波器的传输矩阵,接着通过cot变换关系对传输矩阵进行变换,最后将其与根据技术指标综合得到的理想传输矩阵进行比对,从而能够快速地确定滤波器的结构参数初始值。为了验证所述设计方法,设计了一个中心频率为3.0 GHz,绝对带宽为2.0 GHz,回波损耗小于-20 dB的三阶带通滤波器实例,并进行了加工测试。测试结果表明,理论、仿真和测试结果相吻合,验证了设计方法的有效性。

基于多段SIR的微带交指滤波器小型化设计

微带交指滤波器作为一种常见的二维滤波器,在工程上有着广泛应用,但由于其尺寸较大,从而限制了应用场景的扩展。基于阶跃阻抗谐振器(stepped impedance resona-tor,SIR)理论,设计了一款新型微带交指滤波器,完成了对传统微带交指滤波器的尺寸优化。该滤波器使用三段式SIR结构,与传统结构滤波器的谐振器相比,长度缩减了23.2%。利用CST仿真了相同设计指标下SIR滤波器和传统滤波器的性能,结果表明二者都能够满足设计指标要求,且SIR滤波器在通带内性能更佳,说明使用该方法实现小型化具有较强实用意义。为验证滤波器的可用性,进行了实物加工和测试,谐振结构尺寸为10.9 mm×13.6 mm,为便于测试,电路板尺寸为24 mm×18 mm×0.508 mm,实测结果与仿真结果在通带内最大差异小于1.5 dB。该滤波器的最终指标为中心频率2.5 GHz,带宽150 MHz,带内损耗≤4 dB,阻带抑制≥23 dB(频率≤2.2 GHz或≥2.72 GHz)。

基于戟形人工表面等离激元的紧凑型宽带外抑制带通滤波器

提出了一种基于戟形人工表面等离激元(spoof surface plasmon polaritons,SSPPs)的具有宽频带外抑制特性的紧凑型宽带带通滤波器.设计的滤波结构是通过在基板底层蚀刻周期性的戟形槽和在顶层加载带有月牙形贴片的微带到槽线过渡结构实现的.与传统的I形SSPPs相比,戟形SSPPs具有更好的慢波特性,基于戟形SSPPs设计的带通滤波器可以实现更紧凑的结构.设计的滤波器通带的上下截止频率可以分别通过调整SSPPs结构和微带到槽线过渡结构来调节.仿真结果表明,宽带带通滤波器中心频率为2.85 GHz,相对带宽为130%,通带内的回波损耗优于–10 dB,在5.6-20.0 GHz之间具有极强的–40 dB带外抑制.设计的宽带带通滤波器结构尺寸紧凑,仅为1.08λ_(g)×0.39λ_(g),其中λ_(g)是中心频率处的波长.为了验证宽带带通滤波器的有效性,采用传统的印刷电路板技术加工了宽带带通滤波器.测量结果与仿真结果吻合较好,验证了设计的可行性.本文所提出的宽带带通滤波器显示了在微波频率下开发SSPPs功能器件和电路的良好前景.