窄带带通滤波器设计实例

王冬梅

（陕西烽火电子股份有限公司 通装研究所，陕西 宝鸡 721006）

滤波器是无线电工程中最常用的基本元件，国内外早已进行了大量的详细研究。随着技术的发展和进步，滤波器技术总是在不断地进行结构的变换，改进及设计方法的更新。毫不夸张地说，滤波器的设计仍然是当今无线电技术的中心问题之一。特别是当今的信息时代，信息技术产业突飞猛进的今日，电磁波的各个频段都被各种充分的理由拥挤不堪地占用掉，而要想获得良好的抗干扰或电子对抗的效果，滤波器的性能尤为重要。

近代电子设备中，广泛地应用着各种型式的滤波器。按对滤波器不同的要求，可分为不同的类别。若按频段来划分，可分为低频，高频、甚高频和微波等滤波器；若按网络中是否含有能源来划分可分为有源或无源滤波器；若按使用元件的特征来划分，又可分为LC滤波器[1]、晶体滤波器[2]、机械滤波器[3]、陶瓷滤波器、螺旋滤波器[4]和声表面波滤波器[5]等。

在某型接收机的研制过程中，原70 MHz中频信号选用声表面波滤波器来滤除其无用信号，但由于声表面波滤波器整体插入损耗太大，使得有用信号衰减严重，不得不再加一级放大，而这样又会引起底部噪声[6]的抬高。为解决这一问题，笔者设计出一种70 MHz窄带带通滤波器，选用L、C集总元件实现其网络参数。该滤波器通带宽度10 MHz，阻带衰减最高可达50 dB以上，插入损耗仅1 dB左右，较好地解决了接收机70 MHz中频信号的滤波问题，不衰减有用信号，省掉一级放大，不会引起底部噪声的抬高。在保证信号质量的前提下，大幅度降低了整机成本，成功解决了该型接收机中频信号的滤波问题。

1 带通滤波器的要求

中心频率f0=70 MHz；f0±5 MHz处衰减≤1.5 dB；f0±15 MHz处衰减≥50 dB；输入输出阻抗均为50 Ω。

2 带通滤波器的理论设计

1）变换为几何对称的带通参数

首先计算几何中心频率

2）计算带通陡度系数

3）选择归一化低通滤波器

由文献[7]知，n=5，0.1 dB带内波动的切比雪夫[7]滤波器可满足响应条件的要求，查表得切比雪夫归一化低通滤波器的电路形式与参数如图1所示。

4）用Z=50和fc=10 MHz对低通滤波器去归一化公式如下：

根椐公式（1）、（2）计算得到低通滤波器的各元件值如表1所示。

5）将低通滤波器变成带通滤波器

每个电容并联一个电感使之谐振，每个电感串联一个电容使之谐振；谐振频率为f0=68.374 MHz公式如下：

根椐公式（3）、（4）计算得到带通滤波器的各元件值如表2所示，带通滤波器电路图及网络参数如图2所示。

表2 带通滤波器元件值Tab.2 Component values of band-pass filter

3 设计方案的实现

采用 ADS（Advanced Design System）仿真软件对以上带通滤波器的网络参数进行理想仿真，结果如图3所示。

图3 原始参数的仿真结果Fig.3 Simulation results of original parameters

由图3可知原始参数的仿真结果并不理想，个别指标不能满足要求，且元件参数不标准，实际中不易实现。利用仿真软件对原始参数进行反复调整、优化得带通滤波器的网络参数结果如图4所示。

采用 ADS（Advanced Design System）仿真软件对以上优化后带通滤波器的网络参数进行理想仿真，结果如图5所示。由图可见各项指标均能满足要求，且有余量。从优化结果中可以看到，电容的元件参数都是标称值，工程中很容易实现，电感可以选用磁环自行绕制，参数可调。选用贴片多层电容，和低损耗的高Q磁环绕制电感，即可满足带通滤波器的要求。按照以上方法及优化后的参数，对带通滤波器进行工程实现，结果与理论仿真基本吻合。

图5 优化后参数的仿真结果Fig.5 Simulation results of optimized parameters

4 结束语

文中介绍了一种带通滤波器的设计、仿真及实现的方法，该滤波器指标优良，带内插损1.5 dB以内，带外衰减达50 dB以上。较好地解决了接收机70 MHz中频信号的滤波问题，不衰减有用信号，省掉一级放大，不会引起底部噪声的抬高，在保证信号质量的前提下，大幅度降低了整机成本，成功解决了该型接收机中频信号的滤波问题。

[1]薛培鼎.LC滤波器设计与制作[M].北京：科学出版社，2005.

[2]周乘联.晶体滤波器的理论与计算[M].北京：人民邮电出版社，1978.

[3]柳力源，陈双.机械滤波器[M].成都：机械滤波器协会出版，1985.

[4]成都电讯工程学院七系.LC滤波器和螺旋滤波器的设计[M].北京：人民邮电出版社，1978.

[5]王景山，刘天飞，孙玮.声表面波器件模拟与仿真 [M].北京：国防工业出版社，2002.

[6]陈邦媛.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2004.

[7]喻春轩.电子滤波器设计手册[M].北京：电子工业出版社，1986.