射频分布参数滤波器的仿真
实验4 分布参数滤波器的仿真
实验目的：
通过仿真理解和掌握微带滤波器的实现方法。
实验原理：
1．理查德（Richards）变换
通过理查德（Richards）变换，可以将集总元器件的电感和电容用一段终端短路或终端开路的传输线等效。终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性，利用传输线的这一特性，可以实现集总元器件到分布参数元器件的变换。2．科洛达（Kuroda）规则
科洛达（Kuroda）规则是利用附加的传输线段，得到在实际上更容易实现的滤波器。例如，利用科洛达规则即可以将串联短截线变换为并联短截线，又可以将短截线在物理上分开。在科洛达规则中附加的传输线段称为单位元器件，单位
。
元器件是一段传输线，当f = f0时这段传输线长为8
3．设计步骤：
1.根据设计要求选择归一化滤波器参数
2.用λ/8传输线替换电感和电容
3.根据Kuroda规则将串联短线变换为并联短线
4.反归一化并选择等效微带线
实验内容：
1.设计一个微带短截线低通滤波器，该滤波器的截止频率为4GHz，通带内波纹为3dB，滤波器采用3阶，系统阻抗为50Ω。
实验步骤：
微带短截线低通滤波器设计举例
下面设计一个微带短截线低通滤波器，该滤波器的截止频率为4GHz，通带内波纹为3dB，滤波器采用3阶，系统阻抗为50Ω。设计微带短截线低通滤波器的步骤如下。
（1）滤波器为3阶、带内波纹为3dB的切比雪夫低通滤波器原型的元器件值为
集总参数低通原型电路如图11.29所示。
（2）利用理查德变换，将集总元器件变换成短截线，如图11.30（a）所示，图中短截线的特性阻抗为归一化值。
（3）增添单位元器件，然后利用科洛达规则将串联短截线变换为并联短截线，如图11.30（b）所示，图中短截线的特性阻抗为归一化值。
（4）与图11.29对应的微带短截线滤波电路如图11.30（c）所示，图11.30（c）中归一化特性阻抗已经变换到实际特性阻抗。
图11.29 集总参数低通原型电路
图11.30（a）集总元器件变换成短截线的低通电路
图11.30（c）微带短截线低通滤波电路
ADS仿真步骤：
1．创建原理图
2．利用ADS的工具tools完成对微带线的计算
下面利用ADS软件提供的计算工具tools，完成对微带短截线尺寸的计算。（1）设置微带线参数。在原理图的元器件面板列表上，选择微带线【TLines-Microstrip】，元器件面板上出现与微带线对应的元器件图标。在微带线元器件面板上，选择MSUB插入到原理图的画图区，在画图区中双击MSub，弹出【Microstrip Substrate】设置对话框，在【Microstrip Substrate】对话框中对微带线参数设置如下。
H=2mm，表示微带线基板的厚度为2mm。
Er=2.3，表示微带线基板的相对介电常数为2.3。
Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。
Cond=4.1E+7，表示微带线导体的电导率为4.1E+7。
Hu=1.0e+033mm，表示微带线的封装高度为1.0e+033mm。
T=0.05mm，表示微带线的导体层厚度为0.05mm。
TanD=0.000 3，表示微带线的损耗角正切为0.000 3。
Rough=0mm，表示微带线表面粗糙度为0 mm。
完成设置的微带线MSUB控件如图11.33所示。
图11.33 微带线参数设置
（2）在微带线元器件面板上，选择微带线MLIN，插入到原理图的画图区。（3）在画图区中选中微带线MLIN，然后选择【tools】菜单→【LineCalc】→【Send Selected Component To LineCalc】命令，弹出【LineCalc】计算窗口，【LineCalc】计算窗口如图11.34所示。
图11.34 微带线尺寸计算窗口
在图11.34中，【LineCalc】计算窗口Substrate Parameters栏内的微带线参数已经赋值，微带线参数的赋值与图11.33的赋值一致。
（4）在【LineCalc】计算窗口，设置如下。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为217.5Ω。
将微带线的长度相移设置为45°。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=0.079 6mm，表示微带线的宽度为0.079 6mm。
L=7.268mm，表示微带线的长度为7.268mm。
（5）在【LineCalc】计算窗口，继续计算。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为50Ω。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=5.974mm，表示微带线的宽度为5.974mm。
（6）在原理图画图区中，计算终端开路的微带线MLOC。选择【tools】菜单→【LineCalc】→【Start LineCalc】命令，弹出【LineCalc】计算窗口，在【LineCalc】计算窗口中，将Substrate Parameters栏内的微带线赋值，微带线参数的赋值与图11.33的赋值一致。在【LineCalc】计算窗口，将参数设置如下。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为64.9Ω。
将微带线的长度相移设置为45°。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=3.920mm，表示终端开路的微带线宽度为3.920mm。
L=6.759mm，表示终端开路的微带线长度为6.759mm。
（7）在【LineCalc】计算窗口，继续计算。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为70.3Ω。
将微带线的长度相移设置为45°。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=3.405mm，表示终端开路的微带线宽度为3.405mm。
L=6.790mm，表示终端开路的微带线长度为6.790mm。
（8）通过上述计算得到的数据，是微带短截线低通滤波器的尺寸。由上述计算得到的微带线的宽度和长度列表如下。
表
3
在微带短截线Filter_Stub1原理图上，根据图11.30搭建微带短截线低通滤波器原理图电路，搭建原理图的步骤如下。
（1）保留前面设置的微带线参数，删除原理图中的一个微带线MLIN，这时原理图中只有图11.33所示的微带线MSUB控件。
（2）在原理图的元器件面板列表上，选择微带线【TLines-Microstrip】，元器件面板上出现与微带线对应的元器件图标。在微带线元器件面板上，选择微带线MLIN，4次插入到原理图的画图区，将4个MLIN微带线的宽度W和长度设置如下。
传输线TL1设置为宽度W=5.974mm、长度L=5mm。
传输线TL2设置为宽度W=0.079 6mm、长度L=7.268mm。
传输线TL3设置为宽度W=0.079 6mm、长度L=7.268mm。
传输线TL4设置为宽度W=5.974mm、长度L=5mm。
（3）在微带线元器件面板上，选择微带线的T形结MTEE，3次插入到原理图的画图区，将3个T形结MTEE设置如下。
T形结MTEE1设置为W1=5.794mm、W2=0.079 6mm和W3=3.920mm。
T形结MTEE2设置为W1=0.079 6mm、W2=0.079 6mm和W3=3.405mm。
T形结MTEE3设置为W1=0.079 6mm、W2=5.794mm和W3=3.920mm。
（4）单击工具栏中的按钮，将前面的MTEE和MLIN连接起来，连接方式如图11.35所示。
（点击查看大图）图11.35 3个MTEE和4个MLIN连接
（5）在微带线元器件面板上，选择终端开路的微带线MLOC，3次插入到原理图的画图区，将3个MLOC设置如下。
终端开路的微带线TL5设置为宽度W=3.920mm、长度L=6.759mm。
终端开路的微带线TL6设置为宽度W=3.405mm、长度L=6.790mm。
终端开路的微带线TL7设置为宽度W=3.920mm、长度L=6.759mm。
（6）单击工具栏中的按钮，将前面的MTEE、MLIN和终端开路的微带线MLOC 连接起来，连接方式如图11.36所示，图11.36为微带短截线低通滤波器。
（点击查看大图）图11.36 微带短截线低通滤波器
4．原理图仿真与调谐
在仿真之前，首先设置S参数仿真控件SP，SP对原理图中的仿真参量给出取值范围，当S参数仿真控件SP确定后，就可以仿真了。
（点击查看大图）图11.37带有终端负载的微带短截线低通滤波器原理图（1）在S参数仿真元器件面板上，选择S参数仿真控件SP，插入到原理图画图区，对S参数仿真控件SP设置如下。
频率扫描类型选为线性Linear。
频率扫描的起始值设为0GHz。
频率扫描的终止值设为6GHz。
频率扫描的步长设为0.1GHz。
其余的参数保持默认状态。
单击S参数仿真控件设置窗口中的OK，完成对S参数仿真控件的设置，S参数仿真控件SP如图11.38所示。
（2）现在可以对微带短截线低通滤波器的原理图仿真了。在原理图工具栏中单击按钮，运行仿真，仿真结束后，数据显示视窗自动弹出。
（3）数据显示视窗的初始状态没有任何数据显示，用户自己选择需要显示的数据和数据显示的方式，这里选择的步骤如下。
在数据显示视窗中，单击数据显示方式面板中的矩形图标，插入到数据显示区。选择矩形图的横轴为频率，纵轴为用分贝（dB）表示的S21。
在S21曲线上插入3个Marker，S21曲线如图11.39所示。
单击工具栏中的按钮，保存数据。
图11.38 S参数仿真控件SP
图11.39
（4）由图11.39可以看出，S21曲线在2.7GHz、4GHz和6GHz处的值如下。
在2.7GHz处，S21的值为?4.566dB。
在4GHz处，S21的值为?0.220dB。
在6GHz处，S21的值为?31.722dB。
图11.39所示的曲线在2.7GHz处不满足技术指标。
（5）图11.39的曲线不满足技术指标，需要调整原理图，调整的方法如下。
将微带线宽度为0.079 6mm的传输线段TL2和TL3，修改为宽度为0.2mm，这样的微带线便于实现。
将微带线T形结Tee1、Tee2和Tee3的宽度，由0.079 6mm修改为0.2mm，这样的微带线T形结便于实现。
将终端开路的微带线MLOC1、MLOC2和MLOC3的长度进行调谐。
（6）下面采用调谐来改变滤波器中终端开路传输线段的长度，以期达到合格的S21曲线。按下键盘中的Shift键，同时用鼠标分别选中原理图中的传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7，然后释放shift键，这时原理图中的传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7颜色发生改变，说明将要对这3个传输线进行调谐，这时
原理图如图11.40所示。
（点击查看大图）图11.40 在原理图中选中需要调谐的3个传输线
（7）单击工具栏中的按钮，对电路调谐进行设置并调谐。单击按钮后，同时弹出三个窗口，这三个窗口分别是参数调谐窗口【Tune Parameters】、仿真状态窗口和数据显示窗口，这时原理图中的3个调谐传输线还都是初始值，没有被调谐，参数调谐窗口如图11.41所示。
（8）在图11.41所示的参数调谐窗口，保持默认设置状态，然后单击原理图中的传输线TL5，弹出【Instance Tune Parameters】窗口，在该窗口中选中传输线的长度L，说明要对传输线的长度L进行调谐。单击【Instance Tune Parameters】窗口中的【OK】按钮，关闭该窗口，同时调谐窗口【Tune Parameters】中出现传输线TL5的长度L的调谐范围。
（9）用同样的方法，让传输线TL6和传输线TL7的调谐范围也出现在调谐窗口【Tune Parameters】中，也就是说传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7三个元器件都将调谐。在调谐窗口【Tune Parameters】中，保持Max、Min和Scale 的默认状态，更改Step值，将传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7三个元器件的Step值都更改为0.1。调谐窗口如图11.42所示。
图11.41 调谐窗口的初始状态
图11.42 带有三个调谐范围的调谐窗口
（10）手动调节传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7的数值滚动条，更改它们的数值，可以看到调谐窗口【Tune Parameters】中的Value值在不断变化，同时数据显示视窗中的S21图形也在不断变化。通过调谐传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7的长度值，使S21的曲线达到满意结果后，单击调谐窗口中的【Update Schematic】按钮，然后单击【Close】按钮，关闭调谐窗口。（11）单击数据显示视窗中的按钮，保存调谐后的曲线，这时数据显示视窗中的曲线如图11.43所示。由图11.43可以看出，S21曲线在2.4GHz、4GHz和6GHz 处的值如下。
在2.4GHz处，S21的值为2.986dB。
在4GHz处，S21的值为1.623dB。
在6GHz处，S21的值为25.987dB。
曲线满足技术指标。
图11.43 调谐后的曲线
（12）这时原理图中的传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7已经更新为调谐后的值，原理图如图11.44所示。
（点击查看大图）图11.44 调谐后的原理图
由图11.44可以看出，被调谐的3个传输线长度值如下。
传输线TL5的长度为L=5.542 38mm。
传输线TL6的长度为L=7.876 4mm。
传输线TL7的长度为L=5.474 79mm。
微带短截线低通滤波器版图的仿真（1）
由微带短截线低通滤波器的原理图，可以生成与之对应的微带短截线低通滤波器版图，下面由微带短截线原理图生成版图，并对版图进行仿真。
1．生成版图
（1）在原理图视窗上，去掉微带短截线低通滤波器二个端口的Term和"接地"，不让它们出现在生成的版图中，去掉Term和"接地"的微带短截线低通滤波器原理图如图11.45所示。
图11.45 去掉Term和"接地"的微带短截线原理图
（2）选择原理图上的【Layout】菜单>【Generate/Update Layout】，弹出【Generate/Update Layout】设置窗口，单击窗口上的【OK】按钮，默认它的设置。这时又会弹出【Status of Layout Generation】版图生成状态窗口，版图生成状态窗口显示了生成的版图中包含原理图有效元器件的数目，将这个窗口的内容与原理图比较，确认后单击【OK】按钮，完成版图的生成过程。
（3）完成版图的生成过程后，版图视窗会自动打开，画图区会显示刚刚生成的微带短截线低通滤波器版图，如图11.46所示。对比原理图和版图可以发现，原理图中构成滤波器电路的各种微带线元器件模型，在版图中已经转化成实际微带线。
射频低通滤波器设计示例
射频电路设计示例 设计任务： 用两种方法设计一个输入、输出为50Ω的低通滤波器，滤波器参数为： (1) 截止频率为3Ghz (2) 在通带内，衰减小于3dB (3) 在通带外，当归一化频率为2时，损耗不小于50dB (4) 相速为光速的60% 设计要求： (1)画出滤波器的电路图。 (2)用微带线实现上述的功能，并画出微带线的结构尺寸。 (3)画出0--3.5Ghz 的衰减曲线。 (4)给出设计的源代码本，利用具体软件(如Matlab, MW- office, ADS 、HFSS 、IE3D 等)操作方法及步骤。 方法一： 切比雪夫滤波器设计： Step1: 画出滤波器的电路图。由课本（p151）知滤波器阶数应为N=5。归一化参数为：g g 514817.3==，g g 427618.0==，5381.43=g 集中参数为：4817 .35 1 == C C ，5381 .43 =C ，2296 .14 2 == L L 图1 归一化5阶低通滤波器电路原理图 Step2：将集中参数变换成分布参数（Richards 变换：电感用短路线代，电容用开路线代）： g Y Y 1 51 = =，g Z Z 2 4 2 = = ，g Y 3 3 = 。
图2 （O.C ＝开路线，S.C=短路线） Step3：将串联线段变为并联线段—Kuroda 规则（P162表5.6）。首先在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件。 因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的，所以到入它们并不 影响滤波器的特性。对第一个并联的短线和最后一个并联短线应用Kuroda 规则-1后得： 2872.12872.014817 .3112 1 =+=+ == N N ， 2231.02872.14817.31 ' ' 2 1 ＝?= = Z Z UE UE 7769.02872 .1151＝== ' ' Z Z S S
二阶带通滤波器课程设计.
一、制作一个1000Hz 的正弦波产生电路： 图1.1 正弦波产生电路 1.1 RC 桥式振荡电路 RC 桥式振荡电路如图（1.1）所示。这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。其中，R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。R3、W R 及R4组成负反馈网络，调节W R 可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。RC 串并联网络与负反馈中的R3、W R 刚好组成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大器A1的两个输入端，桥式振荡电路的名称即由此得来。 分析RC 串并联网络的选频特性，根椐正弦波振荡电路的振幅平衡条件，选择合适的放大指标，构成一个完整的振荡电路。 1.2 振荡电路的传递函数 由图（1.1）有 1111 Z R sC =+，2 2222 1Z 1R R C sC =+＝2221R sC R + 其中，1Z 、2Z 分别为图1.1中RC 串、并联网络的阻值。 得到输入与输出的传递函数： F ν(s)= 21 2 1212221121()1 sR C R R C C s R C R C R C s ++++ =12 21122111212 11111()s R C s s R C R C R C R R C C ++++ （1.1） 由式（1.1）得 21212 R R 1 C C =ω 2 1210R R 1 C C = ?ω
取1R ＝2R ＝16k Ω,12C C =＝0.01μF ，则有 1.3 振荡电路分析 就实际的频率而言，可用s j ω=替换，在0ωω=时，经RC 选频网络传输到运放同相端的电压与1o U 同相，这样，放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件。 12 2 11221212 ()12v j C R F j j C R j C R C C R R ωωωωω= ++- （1.2） 令2 12101R R C C = ω,且R R R C C C ====2121,，则式（1.2）变为 ) (31 )(00ω ωωωω-+= j j F v （1.3） 由此可得RC 串并联选频网络的幅频响应 2 002)( 31ω ωωω-+= V F （1.4） 相频响应 3 )( arctan 0ω ωωω?--=f （1.5） 由此可知，当 2 12101R R C C = =ωω，或CR f f π21 0= = 时，幅频响应的幅度为最大，即 而相频响应的相位角为零，即 这说明，当2 12101R R C C = =ωω时，输出的电压的幅度最大（当输入电压的幅 度一定，而频率可调时），并且输出电压时输入电压的1/3，同时输出电压与输入
带通滤波器的设计
目录 一．设计概述 二．设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三．设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四．所用器件 五．实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六．实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献
一．设计概述 根据允许的通过的频率范围，可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器4种。其中，带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过，其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。 在滤波器中，信号能够通过的范围成为通频带或通带，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带，通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器，通带范围内则完全平坦，对传输信号基本没有增益的衰减作用，其次，通带之外的所有频率均能被完全衰减掉，通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW，上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下，为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力，可采用固定带宽带通滤波器（如收音机的选频）。所选带宽越窄，则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围，所需要的滤波器数量就很大。因此，在很多场合，固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化，其中，参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器，经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二．设计任务及要求 1）设计任务 带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性，设计一个带宽检测电路，通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2）设计要求 （1）性能指标要求 1.输入信号：有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换，分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW
二阶带通滤波器课程设计
目录 1 课程设计的目的与作用 (1) 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 (1) 2.1 设计任务 (1) 2.2 Multisim软件环境介绍 (1) 3 电路模型的建立 (2) 4 理论分析及计算 (3) 5 仿真结果分析 (4) 6 设计总结和体会 (4) 7 参考文献 (5)
1 课程设计的目的与作用 目的:根据设计任务完成对二阶带通滤波器的设计，进一步加强对模拟电子技术的理解。了解二阶带通滤波器的工作原理，掌握对二阶带通滤波器频率特性的测试方法。 带通滤波器:其作用是允许某一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。常用于抗干扰设备中，以便接收某一段频带范围内的有效信号，而消除高频段和低频段的干扰和噪声。 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 2.1 设计任务 学会使用Multisim10软件设计二阶带通滤波器的电路，使学生初步了解和掌握二阶带通滤波器的设计、调试过程及其频率特性的测试方法，能进一步巩固课堂上学到的理论知识，了解带通滤波器的工作原理。 2.2 Multisim软件环境介绍 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
射频滤波器如何正确选取 看完全懂了
射频滤波器如何正确选取，看完全懂了 随着移动设备功能越来越强大，支持的网络频段越来越多，射频前端模块成了移动设备中不可缺少的一部分。举例来说，一款较新的手机至少需要支持2G，3G，4G以及WiFi，GPS等网络制式，而每一个制式都需要自己的射频前端模块。射频前端模块一般包括天线开关，多路器，滤波器，功率放大器与低噪声放大器等等。这些器件目前仍无法用集成度最高的CMOS工艺制造，而必须使用特殊工艺以保证性能。 根据Mobile Expert LLC的研究报告，2016年在智能手机增长萎靡（9%）的情况下，射频前端模块的增长率仍达到了17%。而在射频前端模块中，未来发展最快的，也最关键的模块就是射频滤波器模块。 滤波器到底有多重要 随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求也越来越高。在2G时代，只有一小部分人会使用手机上网下载铃声或浏览wap版网页，需要的数据率大约在1KB／s。在3G时代，随着智能手机的普及，使用运营商网络上
网收发邮件，使用各种app等使得网络流量剧增，需要的数据率大约是50KB／s。到了4G时代的今天，直播等应用更是将手机通讯的带宽需求推向了一个新的高度，需要的数据率达到了1MB／s。 与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。这两个问题是相辅相成：由于频谱资源有限，为了满足人们对数据率的需求，必须充分利用频谱，因此一部手机必须能够覆盖很宽的频带范围，这样在人群拥挤的情况下不同人的设备才能够分配到足够的频谱带宽。同时，为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。 另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对于射频系统的各种性能也提出了严格的需求。 在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。如前所述，随着通信协议越来越复杂，对于通讯协议对于频带内外的需求也越来越高，这也
选用射频滤波器(馈通滤波器、穿心电容)的方法
选用射频滤波器（馈通滤波器、穿心电容）的方法随着电子设备工作频率的迅速提高，电磁干扰的频率也越来越高，干扰频率通常会达到数百MHz，甚至GHz以上。由于电压或电流的频率越高，越容易产生辐射，因此，正是这些频率很高的干扰信号导致了辐射干扰的问题日益严重。因此，对用来解决辐射干扰的滤波器的一个基本要求就是要能对这些高频干扰信号有较大的衰减，这种滤波器就是射频干扰滤波器。普通干扰滤波器的有效滤波频率范围为数kHz 数十MHz，而射频干扰滤波器的有效滤波频率范围从数kHz到GHz以上。 按照传统方式构造的滤波器不能成为射频滤波器。这是由于两个原因：第一个原因是：图1中的旁路电容寄生电感较大（导致串联谐振，增加了旁路阻抗），导致电容器在较高的频率并不具有较低的阻抗，起不到旁路的作用。第二个原因是：滤波器的输入端和输出端之间的杂散电容导致高频干扰信号耦合，使滤波器对高频干扰失去作用。解决这个问题的方法是用穿心电容作为旁路电容。穿心电容具有非常小的寄生电感，旁路阻抗非常小，并且由于采用隔离安装方式，消除了输入输出端之间的高频耦合。 本样本中的各种射频滤波器都是基于穿心电容制造的，并且安装方式都是馈通形式的（输入与输出被金属板隔离）。 虽然本样本中的射频滤波器品种很多，但是每一种型号在设计时都考虑了具体使用场合的要求，使设计师能够在性能、体积、成本等方面获得满意的结果。选择射频滤波器需要考虑的因素有：
截止频率：滤波器的插入损耗大于3dB的频率点称为滤波器的截止频率，当频率超过截止频率时，滤波器就进入了阻带，在阻带，干扰信号会受到较大的衰减。根据使用滤波器的场合不同（信号电缆滤波还是电源线滤波），可以用两个方法来确定滤波器的截止频率。在对信号电缆进行滤波时，根据有效信号的带宽来确定，截止频率要大于信号的带宽，这样才能保证有用信号不被衰减。在对电源线或直流信号线，滤波时，由于有效信号的频率很低，信号失真的问题不是主要因素，因此主要根据干扰信号的频率来定，要使干扰频率全部落在滤波器的阻带内。滤波器的截止频率越低，滤波器的尺寸越大，价格越高，因此没有必要时（干扰的频率不是很低时），不要盲目选用截止频率过低的滤波器。 插入损耗：指滤波器在阻带的损耗数值（dB），每一种滤波器都有一张插入损耗与频率对应的表格，选用滤波器时，根据干扰信号的频率和需要衰减的程度确定对插入损耗的要求。需要注意的一点是，产品样本上给出的插入损耗是在50 系统中测量的，实际使用条件如果不是50 ，插入损耗会有差异。 额定电压：滤波器在正常工作时能够长时间承受的电压，要注意正确选用直流和交流品种，在交流应用场合绝对不能使用直流的品种，否则容易发生击穿。由于几乎所有的电磁兼容试验都有脉冲干扰的项目，因此在选用滤波器时要考虑这种高压脉冲干扰的作用，耐压值需要留有一定的富裕量。 额定电流：滤波器在正常工作时能够长时间流过的电流值，额定
(整理)带通滤波器设计
实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线
两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二
IIR数字带通滤波器设计
课 程 设 计 报 告 课程名称： 数字带通滤波器设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 报告成绩： IIR 数字带通滤波器的设计
1课程设计目的 1掌握冲激响应不变法IIR 低通滤波器的设计。 2 通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器的原理与方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真方法，并能够对设计结果加以分析。 2.课程设计要求 采用双线性变换法设计一IIR 数字带通滤波器，抽样频率为 1s f kH z =，性能 要求为：通带范围从250Hz 到400Hz ，在此两频率处衰减不大于3dB , 在150Hz 和480Hz 频率处衰减不小于20dB ，采用巴特沃思型滤波器 3.设计原理 3.1用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 脉冲响应不变法的主要缺点是产生频率响应的混叠失真。这是因为从S 平面到Ｚ平面是多值的映射关系所造成的。为了克服这一缺点，可以采用非线性频率压缩方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到-π/T ～π/T 之间，再用st e z =转 换到Z 平面上。也就是说，第一步先将整个S 平面压缩映射到S 1平面的-π/T ～π/T 一条横带里；第二步再通过标准变换关系z =e s 1T 将此横带变换到整个Z 平面上去。这样就使S 平面与Z 平面建立了一一对应的单值关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象，映射关系如图1-3所示。 图1双线性变换的映射关系 为了将s 平面的整个虚轴 Ω j 压缩到1s 平面1Ωj 轴上的-π/T 到π/T 段上， Z 平面 S 1 平面 S 平面
微波射频滤波器归类
摘要：按微波滤波器的传输线的种类进行了分类，并按照这种分类方法对各种微波滤波器的性能指标、设计方法进行了详细的介绍。 关键词：微波滤波器；性能指标；设计方法 前言：随着现代微波通信,尤其是卫星通信和移动通信的发展,系统对通道的选择性越来越高,这对微波滤波器的设计提出了更高的要求,而微波滤波器作为通信系统中的重要部分,其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。 微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。 微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型；根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。本文是按照传输线的分类来对各种微波滤波器的主要特性进行详尽的分析。 一、微带滤波器 主要性能指标： 频率范围：500MHz～6GHz 带宽：10%～30% 插入损耗：5dB(随带宽不同而不同) 输入输出形式：SMA、N、L16等 输入输出驻波:1.8:1 微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。 半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依次摆开，
有源带通滤波器设计
二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。 关键字：带通滤波器 LM324 RC网络
目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)
基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告.doc
基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告1 西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告 专业班级08级电子信息工程1班 题目基于MATLAB的数字带通滤波器 学号 学生姓名 指导教师 2011 年12 月 西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名_______专业班级________ 学号______ 指导教师______ 职称副教授教研室电子信息工程课程数字信号处理题目 基于MATLAB 的数字带通滤波器设计任务与要求 设计任务：
要求设计一个IIR 带通滤波器，其中通带的中心频率为πω5.0=po ，通 带的截止频率πω4.01=p ，πω6.02=p ，通带最大衰减dB p 3=α；阻带最小 衰减dB s 15=α，阻带截止频率πω3.01=s ，πω7.02=s 。 设计要求： 1. 根据设计任务要求给出实现方案及实现过程。 2. 给出所实现的滤波器幅频特性及相频特性曲线并加以分析。 3. 论文要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。 开始日期2011.12.19 完成日期2011.12.30 2011年12月18 日 一、设计任务 设计一数字带通滤波器，用IIR 来实现，其主要技术指标： 通带边缘频率：wp 1=0.4π，wp2=0.6π 通带最大衰减：Ap=3dB 阻带边缘频率：ws 1=0.3π，ws2=0.7π 阻带最小衰减：As=15dB 设计总体要求：用MATLAB 语言编程进行设计，给出IIR 数字滤波器 的参数，给出幅度和相位响应曲线，对IIR 实现形式和特点等方面进行讨
论。 二、设计方法 IIR 数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配，所以 IIR 滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。比较常用的原型滤波器有巴特沃什滤波器（Butterworth ）、切比雪夫滤波 器（Chebyshev ）、椭圆滤波器（Ellipse ）和贝塞尔滤波器（Bessel ）等。他们有各自的特点，巴特沃什滤波器具有单调下降的幅频特性；切比雪夫 滤波器的幅频特性在通带和阻带里有波动，可以提高选择性；贝塞尔滤波 器通带内有较好的线性相位特性；椭圆滤波器的选择性最好。本设计IIR 数字滤波器采用巴特沃什滤波器[3]。 设计巴特沃什数字滤波器时，首先应根据参数要求设计出相应的模拟 滤波器，其步骤如下： （1）由模拟滤波器的设计指标wp ，ws ，Ap ，As 和式（1）确定滤波器 阶数N 。 )lg(2)110110lg(1.01.0w w s p As Ap N --≥ （1） （2）由式（2）确定wc 。
带通滤波电路设计
带通滤波电路设计一．设计要求 （1）信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间； （2）滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内，而在 范围内； 100 Hz至10 kHz滤波 （3）在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ，而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二．电路组成原理 由图（ 1）所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较， 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图（2），可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图（ 1） 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L │A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图（ 2） 三．电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路，在通带内我们设计为单位增益。根据题意，在频率低端f=10HZ 时，幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时，幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ，有源器件仍选择运放 LF142，将这两个滤波电路串联如图所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ，因此，由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益（Avf1 ） 2=（ 1.586 ）2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。 卡尔曼滤波的基本原理及应用卡尔曼滤波在信号处理与系统控制领域应用广泛，目前，正越来越广泛地应用于计算机应用的各个领域。为了更好地理解卡尔曼滤波的原理与进行滤波算法的设计工作，主要从两方面对卡尔曼滤波进行阐述：基本卡尔曼滤波系统模型、滤波模型的建立以及非线性卡尔曼滤波的线性化。最后，对卡尔曼滤波的应用做了简单介绍。 卡尔曼滤波属于一种软件滤波方法，其基本思想是：以最小均方误差为最佳估计准则，采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和当前时刻的观测值来更新对状态变量的估计，求出当前时刻的估计值，算法根据建立的系统方程和观测方程对需要处理的信号做出满足最小均方误差的估计。 最初的卡尔曼滤波算法被称为基本卡尔曼滤波算法，适用于解决随机线性离散系统的状态或参数估计问题。卡尔曼滤波器包括两个主要过程：预估与校正。预估过程主要是利用时间更新方程建立对当前状态的先验估计，及时向前推算当前状态变量和误差协方差估计的值，以便为下一个时间状态构造先验估计值；校正过程负责反馈，利用测量更新方程在预估过程的先验估计值及当前测量变量的基础上建立起对当前状态的改进的后验估计。这样的一个过程，我们称之为预估－校正过程，对应的这种估计算法称为预估－校正算法。以下给出离散卡尔曼滤波的时间更新方程和状态更新方程。 时间更新方程： 状态更新方程： 在上面式中，各量说明如下： A：作用在X k-1上的n×n 状态变换矩阵 B：作用在控制向量U k-1上的n×1 输入控制矩阵 H：m×n 观测模型矩阵，它把真实状态空间映射成观测空间 P k－：为n×n 先验估计误差协方差矩阵 P k：为n×n 后验估计误差协方差矩阵 Q：n×n 过程噪声协方差矩阵 R：m×m 过程噪声协方差矩阵 I：n×n 阶单位矩阵K k：n×m 阶矩阵，称为卡尔曼增益或混合因数 随着卡尔曼滤波理论的发展，一些实用卡尔曼滤波技术被提出来，如自适应滤波，次优滤波以及滤波发散抑制技术等逐渐得到广泛应用。其它的滤波理论也迅速发展，如线性离散系统的分解滤波（信息平方根滤波，序列平方根滤波，UD 分解滤波），鲁棒滤波（H∞波）。 非线性样条自适应滤波：这是一类新的非线性自适应滤波器，它由一个线性组合器后跟挠性无记忆功能的。涉及的自适应处理的非线性函数是基于可在学习 射频微波滤波器的设计仿真与测试 一、实验目的 1.掌握低通原型滤波器的结构 2.掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性 3.了解频率变换法设计滤波器的原理及设计步骤 4.了解利用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法 5.掌握用ADS 进行微波滤波器优化仿真的方法与步骤。 二、实验原理 2.1．滤波器的技术指标 中心频率，通带最大衰减，阻带最小衰减，通带带宽，插入损耗，群时延，带内纹波，回波损耗，驻波比 2.2 插入衰减法设计滤波器 通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性： 插损法是一种系统的综合方法，可高度地控制整个通带和阻带内的幅度和相位特性，可以计算出满足应用需求的最好响应。如要求插损小，可用二项式响应；而切比雪夫响应能满足锐截止的需要；若可牺牲衰减率的话，则能用线性相位滤波器设计法获得好的相位响应。插损法使滤波器性能提高的最为直接的方法便是增加滤波器的阶数，滤波器的阶数等于元件的个数。 2.3 集总元件低通滤波器原型 最平坦响应滤波器设计 dB P P L L in A lg 10 2.4 滤波器的实现--频率变换 变换后在对应频率点上衰减量不变，须对应的元件值在两种频率下的具有相同的阻抗 2.5 滤波器的设计步骤 （1）由衰减特性综合出低通原型 （2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型 （3）计算滤波器电路元件值(集总元件) （4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真 三．练习题 对下面结构的微带支节低通滤波器的两种设计进行原理图和版图仿真，并分析其特性。 原理图： 仿真结果： 版图 仿真结果： 实验结果分析：结果基本上达到要求。带宽2.35GHZ-2.55GHZ，袋内衰减在3dB以内，2.3GHZ一下以及在2.75GHZ以上衰减达到大于40dB，端口反射系数较小。 四．滤波器的测量--AV36580A矢量网络分析仪 带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率，根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率，换算抑制频率与截止频率的比值，得出m 的值，然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言，引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入，输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器（如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer ）在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟（group delay ）。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候，描述比较简单，XL=L, XC=1/C ，计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征：通带平坦，阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢，直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ，其中，n 表示滤波器的阶数，octave 表示是频率的加倍。例如，3阶滤波器，将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化，使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点，这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式（Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ） ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值，以dB 为单位；Ω为抑制频率与截止频率的比值 例：假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有： 95.91020*1.0==Cn ；Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此，滤波器的阶数至少应该为4 10.6 卡尔曼滤波器简介 本节讨论如何从带噪声的测量数据把有用信号提取出来的问题。通常，信号的频谱处于有限的频率范围内，而噪声的频谱则散布在很广的频率范围内。如前所述，为了消除噪声，可以把 FIR滤波器或IIR滤波器设计成合适的频带滤波器，进行频域滤波。但在许多应用场合，需要进行时域滤波，从带噪声的信号中提取有用信号。虽然这样的过程其实也算是对信号的滤波，但所依据的理论,即针对随机信号的估计理论,是自成体系的。人们对随机信号干扰下的有用信号不能“确知”，只能“估计”。为了“估计”，要事先确定某种准则以评定估计的好坏程度。最小均方误差是一种常用的比较简单的经典准则。典型的线性估计器是离散时间维纳滤波器与卡尔曼滤波器。 对于平稳时间序列的最小均方误差估计的第一个明确解是维纳在1942年2月首先给出的。当时美国的一个战争研究团体发表了一个秘密文件，其中就包括维纳关于滤波问题的研究工作。这项研究是用于防空火力控制系统的。维纳滤波器是基于最小均方误差准则的估计器。为了寻求维纳滤波器的冲激响应，需要求解著名的维纳-霍夫方程。这种滤波理论所追求的是使均方误差最小的系统最佳冲激响应的明确表达式。这与卡尔曼滤波（Kalman filtering）是很不相同的。卡尔曼滤波所追求的则是使均方误差最小的递推算法。 在维纳进行滤波理论研究并导出维纳-霍夫方程的十年以前，在1931年，维纳和霍夫在数学上就已经得到了这个方程的解。 对于维纳-霍夫方程的研究，20世纪五十年代涌现了大量文章，特别是将维纳滤波推广到非平稳过程的文章甚多，但实用结果却很少。这时正处于卡尔曼滤波问世的前夜。 维纳滤波的困难问题，首先在上世纪五十年代中期确定卫星轨道的问题上遇到了。1958年斯韦尔林（Swerling）首先提出了处理这个问题的递推算法，并且立刻被承认和应用。1960年卡尔曼进行了比斯韦尔林更有意义的工作。他严格地把状态变量的概念引入到最小均方误差估计中来，建立了卡尔曼滤波理论。空间时代的到来推动了这种滤波理论的发展。 维纳滤波与卡尔曼滤波所研究的都是基于最小均方误差准则的估计问题。 维纳滤波理论的不足之处是明显的。在运用的过程中，它必须把用到的全部数据存储起来，而且每一时刻都要通过对这些数据的运算才能得到所需要的各种量的估值。按照这种滤波方法设置的专用计算机的存储量与计算量必然很大，很难进行实时处理。虽经许多科技工作者的努力，在解决非平稳过程的滤波问题时，给出能用的方法为数甚少。到五十年代中期，随着空间技术的发展，这种方法越来越不能满足实际应用的需要，面临了新的挑战。尽管如此，维纳滤波理论在滤波理论中的开拓工作是不容置疑的，维纳在方法论上的创见，仍然影响着后人。 五十年代中期，空间技术飞速发展，要求对卫星轨道进行精确的测量。为此，人们将滤波问题以微分方程表示，提出了一系列适应空间技术应用的精练算法。1960年 模拟电子技术课程设计报告带通滤波器设计 班级：自动化1202 姓名：杨益伟 学号：120900321 日期：2014年7月2日 信息科学与技术学院 目录 第一章设计任务及要求 1、1设计概述------------------------------------3 1、2设计任务及要求------------------------------3 第二章总体电路设计方案 2、1设计思想-----------------------------------4 2、2各功能的组成-------------------------------5 2、3总体工作过程及方案框图---------------------5 第三章单元电路设计与分析 3、1各单元电路的选择---------------------------6 3、2单元电路软件仿真---------------------------8 第四章总体电路工作原理图及电路仿真结果 4、1总体电路工作原理图及元件参数的确定---------9 4、2总体电路软件仿真---------------------------11 第五章电路的组构与调试 5、1使用的主要仪器、仪表-----------------------12 5、2测试的数据与波形---------------------------12 5、3组装与调试---------------------------------14 5、4调试出现的故障及解决方法-------------------14 第六章设计电路的特点及改进方向 6、1设计电路的特点及改进方向-------------------14 第七章电路元件参数列表 7、1 电路元件一览表---------------------------15 第八章结束语 8、1 对设计题目的结论性意见及改进的意向说明----16 8、2 总结设计的收获与体会----------------------16 附图(电路仿真总图、电路图) 参考文献 实验一 射频滤波器设计 一、实验目的 （1）了解微波滤波电路的原理及设计方法。 （2）学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真。 （3）掌握微带滤波器的制作及调试方法。 二、实验内容 （1）使用ADS 软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。 （2）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （3）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、 设计指标 设计指标：通带3.0－3.1GHz ，带内衰减小于2dB ，起伏小于1dB ，2.8GHz 以下及3.3GHz 以上衰减大于40dB ，端口反射系数小于-20dB 。 四、实验原理 下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。 在进行设计时，主要是以滤波器的S 参数作为优化目标进行优化仿真。S21(S12)是 传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出 端的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。 五、实验步骤 （ 1）启动ADS （2）创建新的工程文件 （3）生成微带滤波器的原理图，如图1 所示。 图1 微带滤波器原理图 等效电路 (4) 设置微带电路的基本参数 双击图上的控件MSUB设置微带线参数 H:基板厚度(0.8 mm) Er:基板相对介电常数(4.3) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.03 mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm) (5) 计算微带线的线宽和长度 滤波器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到，具体方法是点击菜单栏Tools -> LineCalc -> Start Linecalc，填入50 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽1.52 mm和长度13.63 mm(四分之一波长)。 (6) 设置微带器件的参数 双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.52 mm和2.5 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改)。通过添加变量实现对五个耦合线节微带线线长L，宽W和缝隙S的尺寸进行设置。由于平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。图2是设置微带器件参数后的原理图 图2 设置微带器件参数后的原理图 电子系统设计实践 报告 实验项目带通功率放大器设计学校宁波大学科技学院 学院理工学院 班级12自动化2班 姓名woniudtk 学号12******** 指导老师李宏 时间2014-12-4 一、设计课题 设计并制作能输出0.5W功率的语音放大电路。该电路由带通滤波器和功率放大器构成。 二、设计要求 （1）电路采用不超过12V单（或双）电源供电； （2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz，滤波器阶数不限；增益为20dB； （3）最大输出额定功率不小于0.5W，失真度<10%（示波器观察无明显失真）；负载（喇叭）额定阻抗为8?。 （4）功率放大器增益为26dB。 （5）功率放大部分允许采用集成功放电路。 三、电路测试要求 （1）测量滤波器的频率响应特性，给出上、下限截止频率、通带的增益； （2）在示波器观察无明显失真情况下，测量最大输出功率 （3）测量功率放大器的电压增益（负载：8?喇叭；信号频率：1kHz）； 四、电路原理与设计制作过程 4.1 电路原理 带通功率放大器的原理图如下图1所示。电路有两部分构成，分别为带通滤波器和功率放大器。 图1 滤波器电路的设计选用LM358双运放设计电路。LM358是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。高输入阻抗使得运放的输入电流比较小，有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温漂而影响信号的放大，因此高共模抑制比、低温漂的作用尤为重要。 带通滤波器的设计是由上限截止频率为3400HZ的低通滤波器和下限截止频率为300HZ 的高通滤波器级联而成，因此，设计该电路由低通滤波器和高通滤波器组合成二阶带通滤波器（巴特沃斯响应）。 功率放大电路运用LM386功放，该功放是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。 4.2电路设计制作 4.2.1带通滤波电路设计 （1）根据设计要求，通带频率为300HZ~2.4KHZ，滤波器阶数不限，增益为 20dB，所以采取二阶高通和二阶低通联级的设计方案，选择低通放大十倍。高通不放大。卡尔曼滤波的基本原理及应用
射频微波滤波器的设计仿真与测试
带通滤波器设计步骤
卡尔曼滤波器介绍 --- 最容易理解
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实验一射频滤波器设计
带通滤波器设计实验报告