一种中频带通滤波器设计方法

张品春 高建

【摘要】 本文对带通滤波器的设计概述，并利用设计软件ADS对所设计的中频带通滤波器进行仿真，最后介绍了一种磁环替代电感的实现方法来调试滤波器带外抑制特性。本文实现的一种新型混合型中频带通滤波器设计方法，对工程设计应用有积极的指导意义。

【关键词】 混合型 磁环 中频 带通 LC滤波器

一、引言

带通滤波器是一种具有频率选择性的器件，选择性地通过某些频率，而对其他无用的带外频率进行衰减抑制。中频带通滤波器作为带通滤波器的一種，主要实现下变频低中频信号的滤波，一般工作带通频率范围在100MHz内。中频带通滤波器用途非常广泛，常应用于移动通信、卫星导航、卫星通信设备中，实现抗混叠滤波的抑制。

目前在中频带通滤波器工程设计中，设计者需要考虑到尽量采用少种类的器件，降低采购成本与库存管理成本；采用尽量少的磁环，减少人工绕线工作量，提升工作效率。

二、带通滤波器设计概述

带通滤波器的性能主要取决于滤波器的类型结构。常见的带通滤波器类型有巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数带通滤波器。巴特沃斯带通滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。切比雪夫带通滤波器特性，是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。椭圆函数滤波是在通带和阻带等波纹的一种滤波器。

几种滤波器的区别，从传递函数来看，巴特沃斯和切比雪夫滤波器的传输函数都是一个常数除以一个多项式， 为全极点网络， 仅在无限大阻带处衰减为无限大。而椭圆函数滤波器在有限频率上既有零点又有极点。零极点在通带内产生等波纹， 阻带内的有限传输零点减少了过渡区， 可获得极为陡峭的衰减曲线。

带通滤波器设计步骤如下：1、选择合适的滤波器类型结构；2、软件仿真设计；3、硬件设计实现；4、调试测试。

三、设计实现

3.1指标要求

3.2仿真设计

经分析表1指标，其中中频带通滤波器带外抑制指标较高，采用椭圆滤波器能获得更窄的过渡带宽和较小的阻带波动。首先仿真建模，参数设置上，电感Q值选择60，电容Q值200；再用小信号S参数扫描仿真，读取仿真参数；然后分析仿真数据。集总参数建模原理图如下图1。

仿真结果与图2、图3所示，带外抑制、驻波均满足设计要求。

3.3 硬件设计实现

硬件设计步骤：1）器件选用：选用电感Q值为60的 0805封装电感。选用0603封装的普通电容。2）板材选用：板材选用两层RO4350B板材，板厚0.5毫米。3）布板设计：布线尽量紧凑，板边缘放置半圆弧形焊盘，焊接方式连接。

3.4 调试测试

焊板初调。测试波形如图5。所需的带通滤波器图形基本正确，首先需要优化端口驻波比。

通过对电路的摸索调试，发现把L2和L4由82nH改为100nH，驻波得到明显改善，如下图6所示。

由以上步骤和结果发现，只需微调L7、L8、C4、C4参数，带外抑制指标基本满足，如下图7。

电容、电感参数的调整后，最后电路确定如图8。

由于贴片电感Q值较低，性能不如磁环绕制的性能好。接下来是通过磁环替代电感的方式，来降低带内损耗。磁环电感Q值大于100。磁环替代电感的方法是，通过并联谐振电路来确定磁环线圈达到电路上相对应的电感量需要几圈。我们选用100PF电容，绕制线圈的漆包线选用0.15mm的。通过测量在网分上的谐振频点，得出磁环电感。首先先换L10、L13电感，换为磁环线圈。可以看到插损有明显的改善，只换两个电感就可看到通路插损改善0.3dB，接下来依次换L11、L12；L1、L5；L2、L3、L4；在换的过程中通过调整圈的松紧来变化电感量，使波形最优。最后得出波形如下图9所示。

由图9可以看出最后结果非常符合指标，±18MHz抑制已经达到了50dB，±25MHz抑制达到了70dB。插损也只有0.8dB，驻波在±10MHz范围内都小于1.5。

3.5 实物展示

四、结束语

首先，在工程应用设计中，软件仿真还是非常重要的，仿真好了实物只需微调就能得出想要的结果。其次器件选型同样重要，从通路损耗调试过程可以看出手动绕制的磁环线圈明显优于贴片式绕线电感，并且电感量可以调节，这样就有使指标达到最优的可能。最后通过上述中频带滤波器的设计方法，滤波器设计不再那么复杂，变得很简单。这种混合式中频带通滤波器，器件选择更灵活，磁环电感和贴片电感可以混用，对工程设计应用有积极的指导意义。

参 考 文 献

[1]王田，CELESTINO A.Corral，杨士中.椭圆滤波器边带优化设计方法研究.仪器仪表学报.2005（6）：562- 586.

[2] 甘本袚，吴万春.现代滤波器的结构与设计（上）.北京：科学出版社，1973.

[3] 陈振国.微波技术基础与应用.北京：北邮出版社，1996.

[4] David M.Pozar著，张肇仪、周乐柱、吴德明译，《微波工程》第三版，电子工业出版社，2007.