低通濾波器及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線電高頻電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低通濾波器及其設(shè)計(jì)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電路和電子系統(tǒng)中，濾波器是自動(dòng)控制、信號(hào)處理和無線電通信領(lǐng)域的重要組 成部分，根據(jù)其衰減特性，對頻率有選擇地通過，把需要的信號(hào)選出來，并抑制不需要的信 號(hào)。
[0003] 現(xiàn)有的短波收信設(shè)備，在其天線輸入回路中，有一個(gè)由電感和電容元件組成的四 階橢圓低通濾波器，將接收頻率之外的信號(hào)予以一定地衰減，來改善像頻等指標(biāo)。但在實(shí)際 使用中，由于橢圓低通濾波器的衰減特性，其衰減曲線在通帶外隨頻率的增大會(huì)出現(xiàn)衰減 起伏，特別是幾百兆赫茲以上至一千兆赫茲的高頻干擾信號(hào)不能得到有效地抑制，且四階 橢圓低通濾波器的衰減量只有三十至四十分貝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于向外部設(shè)備提供濾波功能的簡易外接低通濾波 器。利用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)對幾百兆赫茲以上至一千兆赫茲的高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效地抑 制。
[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種低通濾波器的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
[0006] S0、根據(jù)低通濾波器設(shè)計(jì)輸入的條件，確定指標(biāo)；
[0007] S1、計(jì)算低通濾波器帶外指定頻率的歸一化值；
[0008] S2、根據(jù)等波紋濾波器阻帶衰減特性圖確定節(jié)數(shù)；
[0009] S3、根據(jù)節(jié)數(shù)建立低通濾波器模型圖；
[0010] S4、根據(jù)等波紋低通原型濾波器歸一化元件數(shù)值表確定各元件的歸一化數(shù)值；
[0011] S5、根據(jù)歸一化數(shù)值計(jì)算各元件的實(shí)際取值。
[0012] 作為優(yōu)選的，在步驟SO中，確定指標(biāo)包括邊界頻率、帶內(nèi)波紋、信源內(nèi)阻和阻帶衰 減。
[0013] 此外本發(fā)明還提供了一種低通濾波器，通過上述的低通濾波器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)， 包括N節(jié)；每一節(jié)包括電感組或電容組；N為大于1的奇數(shù)；
[0014] 電感組包括M個(gè)電感，電容組包括K個(gè)電容；M和K為大于或等于1的整數(shù)；
[0015] 電感組之間串聯(lián)連接，每兩個(gè)電感組的公共端分別與一組電容組的一端相連接； 電容組的另一端接地。
[0016] 作為優(yōu)選的，帶內(nèi)波紋αρ彡〇. 2dB;阻帶衰減as彡60dB;N等于9。
[0017] 作為優(yōu)選的，所述9節(jié)包括電感組LU電感組L3、電感組L5、電感組L7、電感組L9、 電容組C2、電容組C4、電容組C6、電容組C8 ;
[0018] 電感組LU電感組L3、電感組L5、電感組L7、電桿組L9依次串聯(lián)連接；電容組C2 的一端與電感組LI和電感組L3的公共端相連接，另一端接地；電容組C4的一端與電感組 L3和電感組L5的公共端相連接，另一端接地；電容組C6的一端與電感組L5和電感組L7的 公共端相連接，另一端接地；電容組C8的一端與電感組L7和電感組L9的公共端相連接，另 一端接地；
[0019] 電感組Ll與電感組L9的取值為0.368 μΗ;電感組L3與電感組L7的取值為 0. 613 μ H ;電感組L5的取值為0. 629 μ H ;電容組C2與電容組C8的取值為150pF ;電容組 C4與電容組C6的取值為162pF。
[0020] 作為優(yōu)選的，電容組C2與電容組C8分別包括一個(gè)150pF電容；電容組C4與電容 組C6分別包括一個(gè)150pF電容和12pF電容；150pF電容和12pF電容并聯(lián)連接。作為優(yōu)選 的，電感組中的每一個(gè)電感分別用屏蔽罩屏蔽。
[0021] 作為優(yōu)選的，還包括PCB ;
[0022] PCB為厚度2mm、導(dǎo)體厚度0· 5mm的雙層銅箱電路板；
[0023] 電感組包括J個(gè)電感，位于PCB的其中一側(cè)；相鄰兩個(gè)電感之間互相垂直J為大 于或等于1的整數(shù)；
[0024] 屏蔽罩包括引腳對地焊盤，相鄰兩個(gè)引腳對地焊盤之間的間距為5mm。
[0025] 作為優(yōu)選的，位于兩端的電感組分別與射頻連接器相連接；兩端的射頻連接器相 匹配。
[0026] 作為優(yōu)選的，射頻連接器通過同軸電纜與外部設(shè)備相連接。
[0027] 本發(fā)明提供的低通濾波器設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的低通濾波器，相比現(xiàn)有技術(shù)的低通 濾波器，具有以下特點(diǎn)：
[0028] 1、輸入輸出的阻抗均為50Ω，方便與前端天線和后端收信設(shè)備匹配。
[0029] 2、本發(fā)明選擇采用一個(gè)9節(jié)等波紋LC低通濾波器，帶內(nèi)外平坦度較好，且?guī)馑?減60dB有冗余。
[0030] 3、本無源低通濾波器允許有少量的插入損耗，要求< 0. 8dB。經(jīng)實(shí)測對后續(xù)設(shè)備的 靈敏度約有不大于IdB的影響，典型值不大于0. 5dB。
[0031] 4、低通濾波器為對稱電路，輸入、輸出可調(diào)換，方便使用。
[0032] 5、所測儀表量程頻率最大為3GHz，在最大量程范圍內(nèi)，帶外衰減60dB有冗余。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中2dB等波紋濾波器阻帶衰減特性圖。
[0034] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中節(jié)數(shù)N為9的低通濾波器電原理模型圖。
[0035] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中歸一化的9節(jié)低通濾波器電原理模型圖。
[0036] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中9節(jié)低通濾波器真值電原理圖。
[0037] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中9節(jié)低通濾波器工程電路圖。
[0038] 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中參數(shù)修正后的低通濾波器工程電路圖.
【具體實(shí)施方式】
[0039] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實(shí) 施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0040] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的第一實(shí)施方式提供了一種低通濾波器的設(shè)計(jì)方 法，包括以下步驟：
[0041] S0、根據(jù)低通濾波器設(shè)計(jì)輸入的條件，確定指標(biāo)；
[0042] S1、計(jì)算低通濾波器帶外指定頻率的歸一化值；
[0043] S2、根據(jù)等波紋濾波器阻帶衰減特性圖確定節(jié)數(shù)；
[0044] S3、根據(jù)節(jié)數(shù)建立低通濾波器模型圖；
[0045] S4、根據(jù)等波紋低通原型濾波器歸一化元件數(shù)值表確定各元件的歸一化數(shù)值；
[0046] S5、根據(jù)歸一化數(shù)值計(jì)算各元件的實(shí)際取值。
[0047] 在本實(shí)施例中，首先根據(jù)所需低通濾波器設(shè)計(jì)輸入的條件，設(shè)定主要指標(biāo)。本實(shí)施 例給出的四個(gè)指標(biāo)分別為：
[0048] 邊界頻率fp= 30MHz ;帶內(nèi)波紋α p彡〇. 2dB ;
[0049] 信源內(nèi)阻R。= 50Ω ;阻帶衰減a 60dB。
[0050] 根據(jù)上述四個(gè)指標(biāo)選用等波紋型濾波器。
[0051] 具體設(shè)計(jì)步驟如下：
[0052] S1、計(jì)算fs的歸一化值（f s是指低通濾波器帶外某一指定頻率）：
[0053] 當(dāng)匕=60MHz，則
[0054] S2、確定所需節(jié)數(shù)N:
[0055] 根據(jù)圖1查得，當(dāng)
時(shí)，若a 60dB，則N應(yīng)取彡7。
[0056] 本實(shí)施例中，N取9。
[0057] S3、建立低通濾波器電原理模型圖：
[0058] 節(jié)數(shù)N取9時(shí)，得到低通濾波器電原理模型圖如圖2所示。
[0059] 圖1是當(dāng)節(jié)數(shù)N為9時(shí)，低通濾波器電原理模型圖。其中，Rci是信源內(nèi)阻，R lci是負(fù) 載阻抗。L1、C2、L3、C4、L5、C6、L7、C8、L9是構(gòu)成濾波器的電感組和電容組。每一個(gè)獨(dú)立的 電感組或電容組，叫做一節(jié)。
[0060] S4、查表得到濾波器元件的歸一化值
[0061] 由0. 2dB等波紋低通原型濾波器歸一化元件數(shù)值表查得，η = 9時(shí)各元件的歸一 化數(shù)值是：
[0062] g!= 1. 3860 g 1= I. 3938 g 3= 2. 3093 g4= 1.5340
[0063] g5= 2. 3728 g 6= 1. 5340 g 7= 2. 3093 g 8= 1. 3938
[0064] g9= 1. 3860 g 10= 1. 0000
[0065] 濾波器歸一化，就是把阻抗和頻率歸一化。
[0066] Lfc= 0. 2dB、g。= 1、ω' p= 1的等波紋低通原型濾波器歸一化元件數(shù)值表如下：

[0068] 頻率歸一化是以邊界頻率ωρ為參考，將實(shí)際的頻率都除以頻率ω p。這樣歸一化 的邊界頻率ω' p= 1。
[0069] 阻抗歸一化是把各元件阻抗除以特性阻抗
G。為輸入電導(dǎo)，且G。= 1)。這樣，歸一化濾波器的元件值和實(shí)際濾波器的元件值就有如下的關(guān)系：
[0071] 歸一化的9節(jié)低通濾波器電原理模型圖如圖3所示。
[0072] 其中，G'。為輸入電導(dǎo)歸一化值，G' i。為負(fù)載電導(dǎo)歸一化值。
[0073] S5、計(jì)算濾