實(shí)驗(yàn)三濾波器

1、實(shí)驗(yàn)三 濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解基本低通及帶通濾波器之設(shè)計(jì)方法。2.利用實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M實(shí)際測(cè)量以了解濾波器的特性。3.學(xué)會(huì)使用微波軟件對(duì)低通和高通濾波器的設(shè)計(jì)和仿真，并分析結(jié)果。二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1 低通濾波器實(shí)驗(yàn)。2 帶通濾波器實(shí)驗(yàn)。三 實(shí)驗(yàn)儀器：MOTECH RF2000 測(cè)量?jī)x 1套低通濾波器模組 RF2KM6-1A 1組帶通濾波器模組 RF2KM6-1A 1組50 BNC 連接線 2條1M BNC 連接線 2條MICROWAVE軟件 1套四 實(shí)驗(yàn)原理：（一） 濾波器的種類以信號(hào)被濾掉的頻率范圍來(lái)區(qū)分，可分為低通、高通、帶通及帶阻四種。若以濾波器的頻率響應(yīng)來(lái)分，則常見的有巴特渥茲型、切比雪夫I

2、型、切比雪夫型及橢圓型等。若按使用元件來(lái)分，則可分為有源型及無(wú)源型兩類。其中無(wú)源型又可分為L(zhǎng)-C型及傳輸線型。而傳輸線型以其結(jié)構(gòu)不同又可分為平行耦合型、交叉指型、梳型及發(fā)針型等等不同結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)以較常用的巴特渥茲型、切比雪夫I型為例，說(shuō)明其設(shè)計(jì)方法。巴特渥茲型、切比雪夫I型低通濾波器的響應(yīng)圖如下。(a)(b) 其中 rp(dB)通帶紋波, N元件級(jí)數(shù)數(shù)截通比 = fc / fx (低通) = B Wp / BWx (帶通)其中 fc-3 dB截止頻率fx截止頻率 BWp通帶頻寬 BWx截止頻寬Tn(w)為柴比雪夫多項(xiàng)式其中，圖a 巴特渥茲型與切比雪夫型通帶響應(yīng)圖 b巴特渥茲型與切比雪夫型截通帶

3、響應(yīng)比較圖 其中： B（3，）三級(jí)巴特渥茲型的衰減響應(yīng) T（0.25，3，）紋波為0.25dB 的三級(jí)切比雪夫型的衰減響應(yīng) T（0.5，5，）紋波為0.5dB 的五級(jí)切比雪夫型的衰減響應(yīng) T（1，7，）指紋波為1dB 的七級(jí)切比雪夫型的衰減響應(yīng)（二）低通濾波器設(shè)計(jì)方法：（1）巴特渥茲型 步驟一：確定參數(shù)。 電路阻抗：Z0（ohm）；截止頻率：fc(Hz)；截通頻率：fc(Hz) ；通帶衰減量 ；阻帶衰減量 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù)： , N取最接近的整數(shù) 步驟三：計(jì)算原型元件值： 步驟四：先選擇串L并C型或并C串L型，再根據(jù)公式計(jì)算實(shí)際電感電容值：（a）串L并C型 （b）并C串L型 （B）切比雪夫

4、I型 步驟一：確定參數(shù)。 電路阻抗: Zo(ohm) 截止頻率: fc(Hz) 阻帶頻率: fx(Hz) 通帶紋波量: rp(dB) 阻帶衰減量: Ax(dB) 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù) ， 其中 N取最接近的奇整數(shù)。 采用奇整數(shù)是為了避免切比雪夫低通原型在偶數(shù)級(jí)時(shí)，其輸入與輸出阻抗不相等。 步驟三：計(jì)算原型元件值： 其中 步驟四：先選擇串L并C型或并C串L型，再依據(jù)公式計(jì)算實(shí)際電感電容值。（a）串L并C型 （b）并C串L型（二）帶通濾波器設(shè)計(jì)方法： 步驟一：確定參數(shù)。 電路阻抗: Zo(ohm) 上通帶頻率: fPU(Hz) 下通帶頻率: fPL(Hz) 上截止頻率: fXU(Hz)下截止頻率:

5、 fXL(Hz) 通帶衰減量: AP(dB) 阻帶衰減量: AX(dB) 步驟二：計(jì)算元件級(jí)數(shù)。 其中 （1）巴特渥茲型(Butter-worth) ， N取最接近的整數(shù). （2）切比雪夫I型(Tchebeshev Type) ，N取最接近的奇整數(shù) 步驟三：計(jì)算低通原型元件值，其公式如前所示。并選擇串L并C型或并C串L型，計(jì)算出實(shí)際電容（Cp）、（Ls）值。 （a）串L并C型 （b）并C串L型 步驟四：計(jì)算帶通原型元件變換值。由低通原型實(shí)際元件值依據(jù)下列變換對(duì)照表計(jì)算出帶通原型實(shí)際元件值，并用帶通原型變換電器取代低通原型電路元件，以完成帶通電路結(jié)構(gòu)。低通原型電路元件帶通原型變換電路變換公式Cp

6、LpCp電容 電感LsCsLs圖1 N=5 串L并C型低通濾波器電路原型圖2 N=5并C串L型低通濾波器電路原型 圖3 N=5 串L并C型帶通濾波器電路原型圖4 N=5 并C串L型帶通濾波器電路原型五、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 先將RF2000與PC及通過RS232連接，接好RF2000的電源，開機(jī)。啟動(dòng)SCOPE2000軟件。2. 開始做“低通濾波器”實(shí)驗(yàn)，將標(biāo)號(hào)為“RF2KM6-1A”的模塊按圖示的接法P1端接在RF2000的SWEEP/CW1 OUT端子上，P2接上50歐姆匹配負(fù)載。3. 接好模塊以后，過幾秒鐘按“BAND”把頻段打到49M-110M軟件界面。按BAND可以在各頻段間切換，按S11

7、、S21可以切換S11、S21的曲線圖。4. 開始低通濾波器的S21參數(shù)測(cè)量，模塊標(biāo)號(hào)為“RF2KM6-1A”模塊P1端接至RF-2K SWEEP端，P2接至RF-2K的RF-IN。5. 過幾秒鐘后把頻段打到49M-110,M軟件界面。按BAND可以在各頻段間切換，按S11、S21可以切換S11、S21的曲線圖。6. 開始做帶通濾波器的S參數(shù)測(cè)量，模塊標(biāo)號(hào)為“RF2KM6-1A”，P3端接至RF-2K SWEEP端，P4接50歐姆匹配負(fù)載。7. 過幾秒鐘后把頻段打到140M-300,M軟件界面。按BAND可以在各頻段間切換，按S11、S21可以切換S11、S21的曲線圖。8. 接著做帶通濾波器的S31參數(shù)測(cè)量，模塊標(biāo)號(hào)為“RF2KM6-1A”