滤波电路的设计与仿真十篇

滤波电路的设计与仿真篇1

关键词：ADS；发夹型优化

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0225-02

滤波器的主要作用是用于隔离频率，让需要的频率信号通过，将不需要的频率信号虑除。滤波器是射频收发端系统广泛使用的一个无源器件，它的性能好坏会直接决定系统性能指标能否实现。射频和微波电路中使用最多的就是微带线滤波器。微带滤波器一般有平行耦合微带滤波器，交指滤波器和发夹型滤波器等。本文就是设计一个发夹型微带带通滤波器。

1 发夹型带通滤波器的设计方法

发夹型微带带通滤波器结构比较紧凑，它可以由半波长谐振单元和平行耦合线弯成“U”型结构得到，我们称此类[“U”]型谐振电路为发夹谐振。所以发夹滤波器的设计也可采用平行耦合线滤波器或半波长谐振滤波器的设计方程。但是弯曲成“U”型的谐振器也得考虑到耦合线长度的减少量，因为它会降低谐振器之间的耦合。倘若两个发夹臂之间的距离靠得非常近，那么它们本身也能够等效为一组耦合线，这会在一定程度上影响到电路的耦合。为了提高发夹滤波器设计的精确性，将采用一种全波EM仿真的设计形式。

发夹微带线线宽一般取1mm，“U”型臂间距取2mm，由上式可以算出输入端和输出端的抽头位置t为5.44mm，由抽头线的终端匹配阻抗50Ω可以得到抽头线的宽度为1.81mm，由耦合系数M1，2和M2，3和两个相邻发夹的间距s1和s2，s1约为0.25mm，s2约为0.45mm（该图是通过ful1-wave EM仿真求得）。

绘制ADS发夹线带通滤波器原理图，设置参数，开始电路仿真、参数优化。优化后的原理电路如图1，优化后仿真曲线图如图2。

因为原理图仿真是在理想情况下进行的，它没有将电路板实际制作中可能遇到的各种耦合、干扰等因素考虑进来，所以想要使仿真结果更加精确，就有必要在ADS中再进行版图仿真。在整个ADS仿真过程中，可能会出现原理图仿真曲线符合要求，版图仿真曲线却偏离指标要求的情况，这种情况下就需要回到原理图中依据版图仿真曲线和指标要求的差别来调整参数，这样多次调整参数，直到满足指标要求为止。经过多次的调参优化后，最终得到了满足指标要求的发夹型滤波器版图如图3，曲线图如图4及优化后尺寸数据如表1。

3 结束语

从发夹型微带滤波器电路仿真过程可以发现，ADS软件极大的便利了微波电路设计。通过ADS设计、仿真，我们发现只进行原理图仿真是不够的，还需要对微带带通滤波器进行版图仿真，直至其仿真取得理想的仿真效果。虽然软件仿真不能替代实物制作，但是版图仿真的尺寸和实物尺寸无限接近，所以它对微波电路分析具有很重要的指导作用。ADS软件的使用，O大地缩短了设计周期，提高设计效率。

参考文献：

[1] JIA-SHENG HONG，M. J. LANCASTER.Microstrip Filtersfor RF/MicrowaveApplications，JOHN WILEY & SONS， INC，2001.

[2] 黄玉兰.ADS射频电路设计基础与典型应用[M].人民邮电出版社，2010.

滤波电路的设计与仿真篇2

关键词：理论；仿真；滤波器；设计

中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0171-03

Abstract：The paper mainly discuss the design method of Chebyshev and LC filter that abroadly applied at analog circuit ，we design a High-pass filter using the method of mathematical theory and design instrument of ANSOFT DESIGNER based on the theory above ， and analyze the two design methods.

Key Words：Theory；Simulate；Filter ；Design

滤波器是许多模拟射频电路与系统的设计问题的中心。滤波器可以被用来区分不同频率的信号，实现各种模拟信号的处理过程，因而在现代模拟射频电路与系统中得到了广泛的应用。

滤波器按照不同的标准可以有不同的分类，所有的分类方法都是依照个人应用需求而定的。在目前的电路系统中，由于LC滤波器具有结构简单，造价低廉，性能稳定的优点，因而得到了广泛应用。但是，因为LC滤波器是基于集总元件而构建的，所以在设计与调试过程中存在不少的困难，本文是以滤波器设计理论为依据，用ANSOFT DESIGNER设计工具为平台，设计了一个高通的切比雪夫滤波器，并就加以比较验证。

使用Ansoft Designer进行的滤波器设计[4]，得到的切比雪夫滤波器电路如图2（与运算的电路参数相比，电感与电容值只有很小的差别，可以说基本上是一致的，后面的测试分析也说明了这一点）。

现对滤波器进行了相应的优化，此电路选定了滤波器的电容参数为51P，电感量为 0～100nH可以调节，依据滤波器性能指标要求，用Ansoft Designer进行优化仿真，优化过程是为了调整电感量来达到设计的要求，调整过程如下：

（1）设定电容为恒定值51P，电感调整为70nH--不满足设计要求。如图3。

（2）设定电容为恒定值51P，调整电感为85nH和94nH（之间） -----满足设计要求。如图4、5。

2 设计结果及性能评价

（1）理论分析与Ansoft Designer分析设计的结果进行了电路仿真验证，结果如图6、图7。

（2）实际电路调试与测量结果如图8（矢量网络分析仪测试结果）：

通过实际调试测试与前面软件分析结果可以看出，切比雪夫响应滤波器对于元件参数的变化不敏感[5]，滤波电路且兼具良好的选择性，设计出来的滤波器特性通过稍微的调整就能很好的满足设计指标的要求。我们通过对实际电路的测试可以发现，滤波器的特性与仿真出来的结果基本吻合，因此，验证了前面运算及仿真过程的正确性[6]。

3 结语

作为现代射频模拟电路中最重要的无源器件之一，滤波器的使用越来越频繁，所以，掌握滤波器的设计对于模拟射频工程师而言有着重大的意义。

通过本文的理论分析，对滤波器的设计流程进行详细的论述，并通过软件进行滤波器辅助设计和优化，使设计过程更加简化，同时对相关滤波器设计提供参考和借鉴。

参考文献

[1]韩庆文，陈世勇，陈建军.微波电路设计[M].北京：清华大学出版社，2014.123-155.

[2]丁宇，薛开昶，孙伟有源模拟滤波器的MATLAB辅助设计方法[J].计测技术， 2015，35（5），31-34.

[3]赵开才.基于MATLAB 的窄模拟带通滤波器的快速设计[J].自动化技术与应用，2014，33（5）：66-69，89.

[4高原，彭晓宏，朱佳辉.用于音频的多级滤波器设计与实现[J].微电子学，2014，44（2），167-170.

滤波电路的设计与仿真篇3

基金项目：华中电网公司重点科技攻关项目

作者简介：殷小贡（1945-），男，湖南娄底人，信息工程学院通信工程系主任，教授，博士生导师。

（武汉科技大学中南分校 信息工程学院，湖北 武汉 430223）

摘要：宽带滤波器是宽带通信中非常重要的电路单元。本文以定K式和m导出式相结合，设计一种宽带带通滤波器；然后利用MATLAB仿真调试，修改滤波器LC参数，获得了很好的频率响应特性。这种设计方法特别适用于本身计算、设计比较复杂的宽带滤波器的设计。

关键词：滤波器；宽带；影像参数法；MATLAB；仿真

1 引言

滤波器是通信系统和信号处理中不可缺少的部件。对于宽带通信，则需要相应的宽带滤波器。由于这种滤波器通频带很宽，欲获得好的传输特性及理想的终端匹配，设计难度较大。我们在采用OFDM调制技术进行电力线通信的课题研究中，信号频带为43～209MHz，必须设计频带宽度达17MHz以上、性能良好的宽带滤波器。为此，我们采用影像参数设计法进行初步的设计计算，然后通过MATLAB仿真进行参数的调整，最终获得了性能优异的宽带LC带通滤波器。

2 带通滤波器的设计方法研究

带通滤波器的作用是让频率处于通频带内的有用信号通过，而滤除带外信号。一般而言，带通滤波器可分为窄带和宽带两种，如果上截止频率对下截止频率的比超过2(一个倍频程)，则为宽带型带通滤波器。

宽带型滤波器的技术条件可以分解为低通和高通两个单独的条件（低通截止频率高于高通截止频率），分别进行处理，即分别设计单独的低通滤波器LPF和高通滤波器HPF，然后将LPF和HPF级联，就构成了带通滤波器BPF。用这种方法构成的BPF通带较宽，且频带截止频率容易调整。我们为电力线通信设计的BPF通频带要求为43M～209MHz，是一种典型的宽带型带通滤波器，而且要求噪声低、性能稳定、能通过较大功率的信号，故我们采用级联方式，设计成无源的LC滤波器。

LC滤波器是应用最广泛的滤波器，也是设计其它类型滤波器的基础。其设计方法大致可以分为两种：一种是工作参数设计法(又叫网络综合设计法)，它是根据给定的传输特性要求，按滤波器接在信号源和负载之间时信号能量的实际传输过程，用现代网络综合的方法设计滤波器。按此法设计的滤波器有最平型(巴特沃斯型)，切比雪夫型，椭圆函数型等。这种方法计算过于复杂。虽然由于计算机的飞速发展，使网络综合设计法获得了大量应用，但巴特沃斯滤波器在靠近截止频率部分的特性并不理想，而具有更为理想频率响应的切比雪夫滤波器，却付出了在通带内允许纹波的代价，在通信系统中，显然这是不容许的。

另一种设计方法是从传输线理论出发的经典方法，称为影像参数设计法(又叫特性参数或对象参数设计法)。按此法设计的滤波器有定K式，m导出式等。K式滤波器可以采用T型和∏型的基本单元(如图1)，其计算容易、组合简单。其缺点是在阻带内，远离截止频率的衰减很大，但靠近截止频率处的衰减性能不理想；另外，在整个通带范围内的阻抗匹配比较困难。图1所示2种基本单元的特性阻抗如下式。

为了在通频带内各频率信号能等效地传输，滤波器的特性阻抗在通频带内必须为纯电阻，从而转移信号能量到负载上去。显然由特性阻抗公式可知，滤波器的串联臂阻抗Z1与并联臂阻抗Z2必定是性质相反的电抗。由此得出对应于图1的2种基本单元电路如图2（另有2种省略）。其次，还可以得出这样的结论：任何由电抗元件所组成的对称滤波电路，在它的通频带内，电路的Z1/4Z2必定满足条件-1＜Z1/4Z2＜0，超出这个范围的各频率将处于被抑制的衰减频带。

另外，当将2个同样的LPF级联时，其低通截止频率将大约降低到单个LPF的一半；2个同样的HPF级联，则其高通截止频率将大约提高到单个HPF的两倍。当然在实际电路中，由于电路中阻抗的存在，频率的降低和提高幅度不会有这么大。由于采用多级电路级联，可以得到更好的滤波性能，也避免了滤波器中的L、C值过大或过小，便于电路的实现。为了取得好的效果又不至于电路太复杂，我们采用两级级联的方案。

采用影像参数法设计时，由于K式滤波器的缺陷，还必须解决以下2个问题。

（1）LPF和HPF级联时，只有这两个双端口网络的阻抗相近，级联后带通效果才会理想。定K式滤波器的两端阻抗匹配虽不很理想，但可以利用MATLAB仿真功能进行计算机辅助设计，对不满意的参数进行反复修改，最终得出理想的设计结果。

（2）在定K式滤波器靠近截止频率的阻带范围内，衰减较小，不利于噪声和邻道干扰的抑制。把同类和同型的m式滤波器与定K式滤波器累接在一起运用，可使其互相补偿而获得良好的总衰减特性。

m式滤波器就是在相应滤波特性的K式滤波器的并联臂中加入一部分与串联臂阻抗同性质的电抗，使在并联臂中具有串联谐振特性；或在串联臂中加入一部分与并联臂阻抗同性质的电抗，使在串联臂中具有并联谐振特性。新引入的谐振频率都处在衰减频带内，并且紧靠截止频率。

低通滤波部分和高通部分级联后，由于阻抗匹配的原因，两部分将相互影响，改变滤波特性。为此需要对各环节的元件值进行适当的调节，MATLAB仿真此时能发挥重要作用。

在MATLAB环境下，调用Simulink中的功能模块，构成本滤波器电路图。在此环境下运行即可得到滤波器幅频相频响应曲线，以及滤波前后的波形。在仿真过程中，可以随时修改参数，以获得不同状态下的仿真结果。

由于高通滤波器和低通滤波器的相互影响，致使带通滤波器实际的上截止频率减小、下截止频率增大。因此，高通滤波部分，元件值需要减小；在低通滤波部分，需要提高原先设定的截止频率才可达到设计要求，元件值也需要减小。

同时，为使设计电路便于实际应用，在更改元件参数值的时候，均取标称值。通过反复修改和仿真，最后得到了满足电力线OFDM宽带通信的滤波器电路。滤波器的幅频相频响应曲线如图4所示：

5结论

采用定K式滤波器级联的方法设计带通滤波器，设计方法简单，计算容易，所需元件数量最少；将m式滤波器结合在一起，能加剧带外衰减。在基本设计完成后，利用MATLAB的Simulink进行仿真，根据得到的响应曲线，对不满意的参数进行反复修改，直至获得满意的响应曲线为止。这样设计的结果非常直观，滤波器的特性比较理想，实现了滤波器设计的最优化。

本文设计的滤波器已在实际工作中应用，且取得了良好的滤波效果。

参考文献

[1]黄席椿.滤波器综合设计法原理[M].北京：人民邮电出版社,1988.

[2]阿瑟.B.威廉斯.电子滤波器设计手册[M].北京：电子工业出版社,1986.

滤波电路的设计与仿真篇4

【关键词】LTCC技术 超小型低通滤波器 设计 制作 应用

随着现代化的通信技术的快速发展，各类电子设备在对其质量有较高要求的同时，对其集成化、小型化的要求也逐渐提高，在低通滤波器的设计、制作过程中，应用LTCC技术，可以有效的实现低通滤波器的超小型设计要求，本文就结合LTCC技术，分析超小型低通滤波器的设计、制作及应用。

1 基于LTCC技术的超小型低通滤波器的设计

1.1 二维仿真设计

本次设计中，所要设计的基于LTCC技术的低通滤波器的体积是超小型的，本次设计所选用的设计尺寸是1.6mm×0.8mm的尺寸，要求该超小型滤波器的阻带损耗不小于30dB，这一设计要求就决定了在设计的过程中，不能选用常规的低通滤波器模型结构，在其结构中，电感所占的空间比较大，因此，在本次设计中要在不影响整个低通滤波器的性能的基础上，尽量减少等效电路中电感的应用，本次设计中，等效电路的仿真是采用Designer电路仿真软件进行仿真。

1.2 三维磁场的仿真设计

对二维的仿真结果进行简单的分析发现，本次设计中选用的等效电路中，电容的数量为五个，电感的数量为两个，通过对等效电路进行三维仿真，建立起等效电路的三维模型，如图1所示，为了提高空间利用率，本次设计中采用的是VIC电容。

由于在进行等效电路的二维仿真时，没有充分的考虑电路中各元件之间的耦合特性，所以，所得到的电性能曲线与实际的性能要求存在一定的差别，通过对各元件的分布进行优化之后，得到上图的最终三维模型图，并对其电性能进行仿真。

1.3 模型设计

在进行基于LTCC技术的超小型低通滤波器的设计时，要使设计的模型能够转化为最终的产品，必须在设计时考虑到边界条件，天线方向的辐射边界应该≥l/4，器件模型的辐射边界应该≥l/10，其中l表示的含义是产品中心频率波长。

在进行有关设计的模型设计时，首先需要根据产品设计的尺寸，建立有效的模型，根据电路的设计要求，在陶瓷体的内部建立起能够满足排版对称要求的内电极图案，同时还要建立有效的外电极，其模型的各项控制参数主要为：（1）内部过孔的最小中心间距要不小于三百微米；（2）模型边缘与内电极之间的最小电极应该不小于150微米；（3）内电极线条的最小宽度应该不小于50微米；（4）内电极相邻图案的最小间距应该不小于50微米；（5）内电极相互之间的垂直间距要能够不小于33微米；（6）内电极图案的厚度应该为10微米。

对设计的模型进行调试时，要将仿真计算结果与相应的设计参数指标进行对比分析，根据比较结果对模型中的图案层间距及电极图案进行调整，当仿真结果与相应的设计参数要求值相符时，仿真结果即满足了本次设计的设计要求。

2 基于LTCC技术的超小型低通滤波器的制作

有效的模型仿真是整个基于LTCC超小型低通滤波器设计、制作的关键步骤，在完成模型仿真工作之后，就可以进行基于LTCC技术的超小型低通滤波器的制作了，在整个制作过程中，有一项非常重要的工作就是进行网版的设计制作。

在制作网版时，首先要将仿真软件中模型电极的图案，导入到AutoCAD中，利用该软件，对每个电极图案的顺序进行有效的编辑，然后需要对每层的电极图案进行一定比例的放大，放大的比例按照LTCC材料参数表的收缩率来进行选择。

之后要开始进行制版工作，首先要画一个边长为150毫米的正方形框线，在距离中心间距65.51毫米的地方画一条长100毫米、宽0.1毫米的垂直线作为网版精度检测的标准线，按照放大之后的内电极的尺寸的大小，画出其定位框线，在中心线的对称间距为61.5毫米的定位线上画切割图案，并将进行过放大处理的内电极图案复制于相关的定位位置，其总面积要能够小于边长为123毫米的正方形面积，为了避免在切割的过程中出现切割偏差导致内电极的外连线断掉，应该在切割图案的边缘画制适当宽度的延伸线，在底层网版图案的制作过程中，可以将正方形框线左上角的对角线作为中心，进行镜像处理，为了便于区分，需要在图案的右下方进行其网版编号的标示。

3 基于LTCC技术的超小型低通滤波器的应用

本次研究中的基于LTCC技术的超小型低通滤波器设计、制作完成之后，要使其在整机电路中发挥很好的作用，就要对其进行较好的阻抗匹配，这是一项非常复杂的工作，目前主要采用的阻抗匹配方法有手工计算法及计算机仿真法，通过smith圆图功能对本次设计中的器件进行阻抗匹配，最终得到的产品具有很好的整机使用性能。

4 结束语

本文对基于LTCC技术的超小型低通滤波器的设计、制作及应用进行了简单分析，最终得到的产品，能够满足相关的设计要求，并且具有较好的整机应用性能。

参考文献

[1]王颖麟,薛耀平.小型化LTCC低通滤波器设计与制造工艺研究[J].电子与封装,2013(3).

[2]谢联文.基于LTCC技术的低通滤波器快速设计与测试方法[J].现代电子技术,2011(11).

作者简介

叶芳（1974-），女，广西壮族自治区合浦县人。现为广西水利电力职业技术学院讲师。大学本科学历。研究方向为电子技术、控制技术。

韦佳伟（1973-），男，广西壮族自治区宾阳县人。现为广西水利电力职业技术学院讲师。研究生学历。研究方向为电子技术、控制技术。

滤波电路的设计与仿真篇5

【关键词】中职 Multisim FM 调制 解调

【中图分类号】TN91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）06-0240-01

一、Multisim11介绍

NI Multisim11是美国国家仪器（NI）有限公司最新推出的以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。

Multisim可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。完善了理论教学――计算机仿真――实验环节。

二、FM调制与解调

1. FM调制电路及仿真

FM调制电路采用锁相环的调频器。由锁相环由鉴相器（PD）、环路滤波器（LP）和压控振荡器（VCO） 三个部分组成。在Multisim中鉴相器由模拟乘法器A 1 实现， 压控振荡器为V4， 环路滤波器由R1 、C1 构成，如图1所示。图中，设置压控振荡器V4在控制电压为0 时， 输出频率0； 控制电压为5V 时， 输出频率为40kHz。这样， 实际上就选定了压控振荡器的中心频率为20kHz， 为此设定直流电压V2为3V。调制电压V2通过电阻R4接到VCO 的输入端， R4实际上是作为调制信号源V2的内阻， 这样可以保证加到VCO 输入端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和， 从而满足了原理图的要求。

图1 FM调制电路图

图2 FM调制电路波形仿真图

运行仿真电路得到输出波形（见图2）。单击仿真开关，双击示波器图标，可以得到示波器仿真的调制信号波形和调频波信号波形。从图中输出波形可以看出，调制信号位于正半周时，调频波频率增加；调制信号位于负半周时，调频波频率就降低。由此可知，调频波信号频率随调制信号频率的变化而变化。

2. FM解调电路及仿真

FM解调电路采用锁相环鉴频电路，由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等组成。在Multisim中鉴相器由模拟乘法器A 1 实现， 压控振荡器为V3，环路滤波器由R1 、C1、实现，为了进一步改善低通滤波器的输出波形， 在R1、C1 的输出端， 又串接了一级低通滤波电路R4、C2 ，如图3所示。

图3 FM解调电路

图4 FM解调电路波形仿真图

运行仿真电路得到输出波形（见图4）。单击仿真开关，双击示波器图标，可以得到示波器仿真的调频波波形和解调出的调制信号信号波形。从图中可看出利用锁相环鉴频电路较好的把调制信号解调出来。

三、结束语

利用“Multisim”仿真软件，能很好的对FM的调制解调电路进行仿真。提高了中职学生对信号波形的观察、分析能力，并对调制和解调有了更进一步的认识，培养了同学们的学习兴趣。

参考资料：

[1]从宏寿. Multisim 8 仿真与应用实例开发[M]. 北京： 清华大学出版社， 2007.

[2]王冠华，Multisim11电路设计及应用[M]. 北京：国防工业出版社，2010.

[3]沈伟慈，高频电路[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[4]黄培根， 任清褒. Multisim 10 计算机虚拟仿真实验室[M]. 北京： 电子工业出版社， 2008.

滤波电路的设计与仿真篇6

关键词： 微带；腔体；梳状线；小型化

中图分类号：TN752 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310057－01

0 引言

现代进行射频滤波器的设计，周期与成本考虑问题突出，如何在最短的时间内设计出高性能体积较小的滤波器一直都是其设计过程中的重要因素。采用梳状线原理工作的滤波器，设计简便，性能良好。

1 微带梳状线滤波器结构

梳状线滤波器由一端短路，另一端经过集总电容接地的平行耦合线构成，其中线0到n+1不是谐振器，而是输入输出阻抗变换的一部分。中间线1到n以及与之相联的集总电容一起构成了谐振单元，采用双边耦合，为了方便分析，我们把微带线按长度方向分为两部分，则每条微带线的其中一部分与相邻微带线的一部分构成同端接地的平行耦合线，两端的微带线和也与其相邻的微带线的一部分构成一对异端接地的平行耦合线，这里忽略非相邻微带线之间的耦合影响[1]。

2 微带可调梳状线滤波器设计

梳状线可调滤波器的仿真设计工作包括：

1）仿真前的准备工作，如选取介质板的相对介电常数，板厚，损耗角正切，铜铂厚度，计算微带梳状线的宽度、间距值以及集总电容值。

2）选取合适的变容二极管，尽量选取Q值较高的变容二级管，因为二级管的好坏直接影响插入损耗值，与滤波器性能息息相关，国内GaAs变容二极管的Q值比Si二极管的Q值高，国外的变容二极管普遍比国内的Q值高，如果有条件的话尽量选取国外的高Q值二极管。选择价格合理又满足设计要求的变容二极管将对整个设计结果产生很大影响。选取好了合适的变容二极管，就可以取代集总电容，以实现滤波器的中心频率可调性。

3）变容二极管需要外界提供偏置电压进行工作，设计变容二极管的偏置电源部分进行滤波，以隔离高频电流与直流电源的影响。

微带梳状线可调滤波器的设计指标如下：

频率调谐覆盖范围：2GHz-2.8GHz

1dB通带带宽：80MHz

插入损耗：

阶数：3

偏置电压范围：0-30V

本文设计的三阶梳状线滤波器尺寸参数如下：

微带线宽度W0=W4=1.04mm，W1=W3=2.00mm，W2=2.20mm。

微带线间距S0，1＝S3，4＝0.39mm，S1，2＝S2，3＝3.40mm。

微带线长L＝10.80mm。

介质板的相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.003，板厚为1mm。设置S参数仿真控件，1-4GHz进行频率扫描，步长为5MHz，集总电容值Cs为0.95pF。

使用ADS软件仿真数据结果如下：

中心频率f0=2.400GHz，S21=-0.407dB；

低端频率fL=2.360GHz，S21=-1.167dB；

高端频率fH=2.430GHz，S21=-1.107dB。

3 同轴腔体滤波器结构

同轴腔体滤波器是基于梳状线结构的滤波器，如下图2所示。谐振器由一端通过集总电容接地，另一端直接短路构成。这里，元件采用同轴波导，电容采用平板电容。这种结构的滤波器不容易产生跳模，因为它是工作于无色散的TEM模，所以振荡模式简单。在这种形式的滤波器中，谐振器间的耦合是通过同轴波导的边缘场得到的。

如图3为滤波器的等效电路图，图中串联的电感表示谐振器间的耦合，并联电感和电容表示谐振器。谐振器间的耦合既有磁耦合也有电耦合，总的耦合为磁耦合减去电耦合。我们可以在相邻谐振器开路端放置调谐螺钉以增加总的耦合值，因为它的引入减小了电耦合。如果在相邻谐振器短路端放置去耦壁，可以减小总的耦合[2]。

4 同轴腔体滤波器设计

选取切比雪夫低通滤波器原型，由相对带宽、矩形系数确定阶数，由驻波比选取带内波纹，通过切比雪夫低通滤波器的组件数值表查得g0，g1…gi…g（n+1）值，计算相对带宽，由计算公式得到有载品质因数及耦合系数，设计谐振器的尺寸及间距，耦合窗的大小等各项尺寸，使用HFSS软件利用本征模求解器分别进行单腔谐振频率仿真、谐振器间耦合系数的仿真及输入输出耦合结构的仿真，最后加载输入输出的50阻抗进行全波仿真，得到衰减曲线及回波损耗，然后对尺寸初值大小进行优化，获得更佳的衰减曲线，调节谐振器谐振频率调节螺钉旋入深度，获得不同中心频率下的衰减曲线。

设计参数如下：

中心频率f0=5GHZ，绝对带宽BW=40MHZ

相对带宽DW＝BW/f0=0.008，阶数N＝2，带内波纹系数LAR=0.01db，查表得g0=1，g1=0.4488，g2=0.4077，g3=1.1007。有载品质因数QL=f0/BW=125，耦合系数公式kij=DW/sqrt（gi*gj），得K12=0.0187，λ0/4=60mm/4=15mm，谐振器长度取10mm。使用HFSS进行仿真设计：

得到仿真数据结果：中心频率f0=5.3400GHz，S21=-0.1808dB；低端频fL=5.2978，S21=-3.0053dB；高端频率fH=5.3770GHz，S21=-3.0008dB，曲线平滑，并获得良好的带外隔离度。

5 结束语

两种滤波器的仿真结果图对比可知，腔体梳状线滤波器的带宽可以做得很窄，Q值非常高，但其体积较大、成本较高，相比来说，微带梳状线滤波器在体积与成本方面具有更大的优势，但性能与腔体滤波器存在较大差距。我们必须综合考虑体积成本与性能等诸多因素，哪个作为更为重要的考核标准，以选取更加适合的结构设计出体积小高性能的滤波器。

参考文献：

滤波电路的设计与仿真篇7

北京工商大学计算机与信息工程学院 付 扬

【摘要】设计一种多路输出的直流稳压电源。通过对220V电网电压进行降压、整流、滤波，并以三端可调和固定输出的集成稳压器稳压，得到多路电压输出。设计中依据Multisim仿真，通过不断调试修改电路参数，取得了理想的设计效果。该电源可以满足多种工作电压系统的需求，并在实际中得到很好地使用，具有很强的实用价值。

【关键词】Multisim仿真;稳压电源;多路输出

1.引言

在电子电路和电子设备中常常需要各种不同电压的直流电源，但有些电源只有某一固定电压输出，或有些电源体积偏大，给一些便携式电子产品及小型的电子系统使用带来不变，基于此本设计研究一种多输出便于携带的直流稳压电源，它将电网交流电变为各种需要的直流稳压电源。

为保证设计实现，电路基于Multisim仿真进行设计。Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，它具有较为详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路。

2.设计任务及方案

设计多路输出直流稳压电源，即输出±（1.25V～20V）任意可调电压;输出±12V电压;输出±5V电压。

设计的直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图1所示。其各部分主要完成的作用是：电源变压器将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2;整流电路将交流电压u2变为脉动的直流电压u3;滤波电路将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4;稳压电路清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。

图1 直流稳压电源框图

3.单元电路设计

3.1 变压器降压和整流电路

220V交流电首先要降压，以得到合适的电压值，其降压和整流电路如图2所示。根据设计任务，需要降压电路具有2路输出，电源变压器可选一次输入220VAC，二次输出2个绕组均为20V，其A点仿真波形如图3所示，图中两条曲线分别为输入交流电压波形和降压后的波形，A点相位与输入相同，B点相位与输入相反。

图2 降压和桥式全波整流电路

图3 输入波形和A点降压波形

利用整流二极管的单向导电性，将降压后双向变化的交流电变成单向脉动的直流电，常用的整流电路有单相半波整流电路与单相桥式整流电路两种，本设计采用单相桥式整流电路，其仿真结果如图4所示，图中上面曲线为C点整流波形，下面曲线为D点整流波形。

图4 整流电路仿真波形

设变压器副边电压为：

（1）

整流输出电压平均值Uo：

（2）

由于每个周期内，D1、D4串联与D2、D3串联各轮流导通半周，所以每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，二极管截止时，每个二极管承受的最高反向电压就是变压器次级交流电压u2的最大值。

3.2 滤波

整流输出的直流电压脉动分量比较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路。本设计采用电容滤波，电容在高频时容抗小，和负载并联，从而达到减小纹波的目的，电容滤波电路如图5所示。

图5 整流滤波电路

若滤波电路负载开路，则输出电压为。接入负载后，其输出电压取决于时间常数RLC，RLC 越大，Uo越高，脉动越小，同时负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短，二极管 iD的峰值电流越大，当时，工程上常取：

（3）

仿真波形如图6所示，滤波后输出电压的脉动程度大大减少，而且输出电压平均值U0提高了，上面曲线是C点波形，此时C为10μF电容，下面近乎直线是D点波形，C为4700μF电容滤波波形。

图6 10μF和4700μF电容滤波波形

3.3 稳压电路

稳压电路采用三端集成稳压器，三端集成稳压器只有三个引脚，即输入端、输出端、公共端。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出（LM78××）和负输出（LM79××）两个系列，以上各型号中的××表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117（输出正电压），LM337、LM137（输出负电压），其最大输入电压40V，输出电压范围为⒈25～37V。

4.整体电路设计实现

整体电路设计如图7所示，输出±可调电压由LM317和LM337的E、F输出，其通过调节滑动变阻器RW，输出电压可调，其输出电压计算公式：

（4）

LM7812和LM7912输出G、H分别为±12V，LM7805和LM7905输出M、N分别为±5V，其正电压E、G、M点输出仿真如图8所示，负正电压F、H、N点输出仿真如图9所示，由仿真可见，实现了预期的设计。

图7 多路输出稳压电源电路

图8 分别为E、G、M点输出电压

图9 分别为F、H、N点输出电压

5.结论

基于multisim的实现了直流稳压电源的降压、整流、滤波和稳压设计，实现了多种稳压输出，其设计调试方便，达到理想设计。该设计已经使用到我们电子技能实训的各种电子系统中，使用方便，效果很好。

参考文献

[1]卞文献，何秋阳.Multisim10仿真软件在《模拟电子技术》理论课教学中的应用[J].电子世界，2012.13：162-163.

[2]雷跃，谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索，2009（4）：24-27.

滤波电路的设计与仿真篇8

苏州建设交通高等职业技术学校 陶世怀

【摘要】基于HFSS与ADS结合的微波滤波器设计方法是利用HFSS进行滤波器建模，并结合ADS进行曲线仿真，本文给出了具体的设计实例，并给出部分器件的仿真结果、实物和测试结果。所设计的滤波器具有：结构紧凑、性能优良以及研制周期短等优点，并已经投入实际的工程应用。

【关键词】HFSS；ADS；微波；滤波器

抽头式交指线微波滤波器具有较多优良特性：结构紧凑、结实，可靠性好；谐振器间的间隔较大，对加工精度要求不高；一般在没有电容加载情况下，谐振杆的长度近似为λ0/4，第二通带的中心在3ω0上，也有较好的阻带特性；另外，在ω=0和ω=ω0的偶数倍上，具有高次衰减极点，因而阻带衰减和截止率都比较大；既可以作为印刷电路形式，又可以用较粗的杆作成自行支撑，而不用介质。基于上述，交指型滤波器的谐振器既可用矩形杆，也可用圆杆实现。下面给出利用矩形杆的微波滤波器的设计实例。

经过多位高工的研讨，本微波实训平台设计的滤波器主要是针对前级的天线而来的，即要实现最后的级联。所以有必要阐述下前级的天线的具体规格：

设计的天线是在2.36GHz附近工作，而我在这里设计的滤波器目的是针对移动通信设计，所要求带宽较窄，令带宽在50MHz左右，符合天线能提供的范围。滤波器使用的基板参数还是εγ=9.6，H=1.27mm，此时基板上传输线的阻抗50W。

根据实训教学的需要及制作成本等因素，确定如下参数：

中心频率f0=2.36GHz；

带宽为Δf=50MHz～70MHz（计算按50MHz）；

带内插损Lp≤3dB；带内驻波ρ≤2；

带外抑制在f0±0.05GHz处Ls≥20dB；

体积要求V≤20×30×100（mm3）输入输出方式SMB。

参考上述的指标，采用交指线滤波器设计。滤波器设计过程中，首先利用等效电路法给出滤波器抽头单元和内部结构的初值，利用HFSS仿真软件对抽头单元进行精确分析，并进行滤波器结构性的建模，然后结合ADS，利用Passive circuit DG-filters模型中的interdigita进行曲线仿真。

滤波器的阶数取为n=7，带内取0.01dB切比雪夫等波纹设计，谐振杆的长度取为λ0/4略短些，设计中，采用了矩形杆结构，下面将矩形杆结构的最终参数值列十表5-4中，并给出了矩形杆仿真结果。

则低通原型元件值查表（见表1）

可得g0=g8=1；g1=g7=0.7969；g2=g6= 1.3924；g3=g5=1.7481；g4=1.6331；。

利用等效电路分析方法可以给出抽头线的设计初值，但是只能给出抽头线距离谐振器接地端的长度，即ι=3.3mm，抽头结构滤波器的设计中抽头线高度和抽头线到第一谐振器的长度S01对整体性能影响都比较大，利用有载品质因数的参数提取方法所得到的结果会更准确些。

根据交指型滤波器的公式和滤波器带宽FBW的要求，计算相关参数：

有载品质因数的理论计算值：代入参数值可以求得Ωe为18.8。

经过计算，矩形杆结构尺寸如表2所示：

其中，W为矩形杆的宽度，Si，j+1为杆间的边缘距离，Pi为谐振杆的高度（略小λ/4，l为抽头线距短路端的长，S01为第一谐振杆距边缘的长度，t和h分别是谐振杆和腔体的厚度，而且腔体总高为35mm。

根据以上参数利用HFSS进行结构性仿真，仿真结构图如图1所示，结合ADS进行曲线仿真，仿真响应曲线图如图2所示。

图3和图4分别给出矩形杆结构的滤波器的实物照片和测试结果

在调试中也采用了螺钉调整频率和带宽。从测试结果可以看出，通带性能较好，插损小于3.0dB，驻波系数在20dB左右，都满足了滤波器的设计要求。

参考文献

[1]李国治，吴国安，等.抽头式梳状线带通滤波器设计[J].华中科技大学学报，2003，8（31）：8.

[2]苏永川，何子述，等.L波段发夹线型微带滤波器的设计[J].电子科技大学学报，2004，2（33）1期.

[3]徐鸿飞，朱成钰等.同轴腔带通滤波器的一种设计方法[J].微波学报，2004，6（20）2.

[4]甘本祓，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].科学出版社，1973.

滤波电路的设计与仿真篇9

关键词：电调滤波器；通带插损；阻带抑制；谐振回路

中图分类号：TN41

文献标识码：B

文章编号：1004―373X(2008)04―107―03

1 引 言

通信对抗系统需要在复杂的信息环境下实现对信号的处理，需要滤波器实现信号的选择，滤波器主要应用于分离信号、抑制干扰，这是滤波器最广泛和最基本的应用。在这种应用中，他使所需要频率的信号顺利通过，对不需要的频率产生抑制。当前的通信系统随着实际的需要，要求滤波器低插损、低带内波动、高信号选择性，同时体积尽可能小，以满足灵敏度和动态范围的要求。电调滤波器具有体积小、工作频带宽的优点，可很好地抑制二阶组合信号，有着广阔的应用前景。

本文利用微波电路CAD设计软件，结合可靠的设计理论来进行电路设计，可以避开复杂的理论计算，极大地提高设计准确性和效率，，有效缩短研制周期，降低成本。Agilent公司的ADS软件由于其强大的功能而广泛应用于射频微波电路的仿真和优化设计。

2　理论分析

100～250 MHz的电调滤波器可采用LC电调谐振滤器设计方法，改变变容二极管的可调电容进行电调滤波，根据带宽，插入损耗，幅度一致性的综合要求对滤波器进行优化设计。

LC电调谐滤波器实际上就是同步调谐滤波器，他由若干个中心频率调谐于Wo的并联谐振回路组成之所以用并联形式，由于串联时偏置回路复杂，至少需要一个电阻且电感的杂散电容不易被吸收。选择同步调谐滤波器的一个关键要素在于这种滤波器能够以简单的电路形式实现电调谐，而其他形式的滤波器并非不能实现电调谐而是要实现电调谐的电路较复杂，且所需变容管种类多，其电特性也极不易同时满足需要。设计LC电调谐滤波器实际相当于设计谐振放大器，只是这里变容管成为电路的核心。现对变容管谐振电路略做讨论和分析。

2.1 变容二极管谐振回路

图1和图2给出2种基本变容二极管并联谐振回路。在图1所示电路中，调谐电压通过扼流电感和偏置电阻Rb加到变容管上，串联电容s使交流电路闭合，同时把变容管的负极与并联电感隔离开，从而使调谐电压能正确加载。电路中还并联了一个固定电容Gpo放在偏置电阻前的退耦电容容量很大，相当于交流接地，故在后续的讨论中可不予考虑。对高频交流信号而言，偏置电阻和串联电容是并联的。通过网络变换将其变换到并联谐振回路中，该等效并联电阻Rc为：

该假设具备一般的代表意义，因为实际电路中，串联电容Cs的值取通常取得尽可能大，而并联电容cp取值则尽量小。这种电路中，偏置电阻Rb的影响要比在图1所示电路大。所以一般说来，图1比图2所示电路更为可取。但在希望通过偏置电阻Rb增加谐振电路在频率高端处的衰减时例外。

2.2 变容管谐振回路中的并联和串联电容

电容通常和变容二极管串联，为了闭合交流电路，同时考虑到加直流电压的便利，一般把变容管的一端和电路其他部分隔开，使调谐电压能直接加在二极管上，串联电容Cs应尽量大以便有效电容变化不受影响，然而在一些情况下却不是如此，例如在接收机的振荡电路中，中频和接收频率处于同一数量级时，串联电容的影响必需考虑。在变容管结电容Gtot串联一个电容cs后，调谐电容值减少为：

图1到图2所示的并联电容Cp总是存在的。因为电感线圈匝间电容是不可避免的，每个电感均有其自电容，把这个自电容等效为并联的电容Cp，且认为是无耗的，则总的调谐电容值升高。如果Cs足够大，可以忽略他的影响，则得到有效调谐电容为：

由式(11)不难看出，即使并联电容相Cp当小，也能引起有效电容变比的明显下降。因此设计电路时就必须使电感的自电容尽可能地小。

2.3 变容管谐振回路的调谐范围

考虑图1所示变容管谐振电路，不难看出回路的频率调谐范围依赖于变容管的有效电容变比和电路中并、串联电容的大小。

经过简单的计算可得到如下调谐比表达式：

2.4 变容管谐振回路的跟踪

一些设备要求在调谐时，2个或多个同时调谐的电路之间的频率关系保持恒定，即称之为跟踪(Tracking)。这要求各变容管在任意调谐电压时的偏差均很小。在要求覆盖相同的频率宽度，但各自的起止频率不同时。(比如超外差式接收机中本振和射频电路就是这样)，就需要特别留意减小跟踪误差。根据前述对不同的变容管，可以通过串联或并联不同的电容来减小跟踪误差，其所必须预先考虑的频偏可描述为：

3 电路仿真

通常，电调谐滤波采用双极点调谐滤波，谐振回路分为串联谐振回路和并联谐振回路，通过电感或电容进行耦合。此电调滤波器采用的是并联谐振回路，用电感进行耦合。在进行仿真之前，需要建立仿真模型和设计各种参数。基于以上模型，利用ADS软件对电调滤波器进行电路设计和仿真。由于系统要求对该电调滤波器进行AGC控制，所以在仿真时加入双栅FET。传输函数szi、频率范围设在10～350 MHz、电容在2.6～39 pF之间变化，仿真使用的放大器是NE25118。最终的ADS模型仿真结果如下面两组曲线所示。若LC滤波器不使用放大器，仿真结果中可以看出滤波器的插损在2～3dB左右。

4　试验结果及讨论

仿真后依照仿真的结果选择印制板材料FR4，厚度，设计PCB微带线宽高比，在进行结构设计及装配时，一定要考虑结构紧凑、合理，最后用惠普公司的网络分析仪来测试滤波器。

元件品质因素Q不够大，会在截至范围内使频率响应下凹或变圆滑，有限的Q值也将引起任意阻带的零点附近的抑制变差，使得滤波器的插入损耗增加。所以使用Q值较大的变容二极管和电感时，滤波器波形得到明显改善，但由于实际原因，测试时用的是国产变容管ZTV9800，Q值较低，所以对波形有一定的影响。由于考虑到在系统中，对此电调滤波器将进行AGC控制，即电路自适应地调整信号通道增益的装置能保证模拟信号不超出模拟器件的线型范围，所以项目采用工作频率在100～1300 MHz的双栅FETS888T作为放大器，由于实际采用的放大器和设计时用的放大器存在差异，放大倍数也不相同，故测试结果和仿真结果相比，得到的Szi。值不同，且波形也存在一定差异，这些问题有待进一步解决。图5，图6为在各个调谐电压(DC)下的测试结果。

加上不同的直流偏压时，变容二极管的电容值会发生改变，单个谐振器的谐振频率也发生变化，滤波器的中心频率相应地发生移动，从而实现滤波器的电调。

从测试中可以看出，调谐频率100～250 MHz，随着中心频率的增大，相对带宽虽略有所增大但变化不大，都是窄带滤波器。在增益方面，放上放大器以后，100～250 MHz频段内增益在7.5～12 dB之间，全频段幅度一致性在4 dB以内，带外抑制大于40 dB，并具有良好的温度性能和较小的插入损耗(选用GaAs高Q值的变容管可得到进一步改善)，符合实用要求，也和仿真结果相符合。

在理论上，滤波器的波形左右两边应该是大致对称的，但在测试结果中100 MHz左右有一个很陡的衰减是因为放大器的下限工作频率在100 MHz以上，所以100 MHz以下的信号没有得到放大而造成的。若能采用工作频率的起始频率在100 MHz以下的放大器，上图低频段的波形将会改善很多。值得一提的是，在有源滤波器中选择放大器时要慎重考虑放大器的直流失调和摆率限制等问题。

滤波电路的设计与仿真篇10

生指

导

学年第学期

院： 信息与通信工程学院 业： 电子信息科学与技术 姓

名： 学 号：

教

师： 李永红

日期: 2012 年10 月28日 实验一 滤波器设计

一、 实验目的

(1) 掌握基本的低通和带通滤波器的设计方法。

(2) 学会使用微波软件对低通和高通滤波器进行设计和仿真，并分析结果。

二、 预习内容

(1) 滤波器的相关原理。 (2) 滤波器的设计方法。

三、 实验设备

microwave office软件

四、 理论分析

滤波器的种类：

(1) 按通带特性分为低通、高通、带通及带阻四种。 (2) 按频率响应分为巴特沃斯、切

比雪夫及椭圆函数等。 (3) 按使用原件又可分为l-c 性和传输线型。

五、软件仿真

设计一个衰减为3db ，截止频率为75mhz 的[切比雪夫型1db 纹波lc 低通滤波器

（zo=50ohm），并且要求该滤波器在100mhz 至少有20db 的衰减。 图1-1切比雪夫型1db 纹波lc 低通滤波器电路图 图1-2 模拟仿真结果

六、结果分析

经过仿真，得到了两种滤波器的频率特性的到了结果。红色的曲线为低通滤波器，蓝色

的为带通滤波器，两种滤波器的特性可以鲜明地在图上看出差别。低通滤波器在低频区域，

是通带，通带非常的平缓，纹波较低，但是截至段不是很陡。带通滤波器具有较好的陡峭特

性，但是相对而言，通带比较窄而且纹波较大。 实验二 放大器设计

一、实验目的

(1) 掌握射频放大器的基本原理与设计方法。

(2) 学会使用微波软件对射频放大器进行设计和仿真，并分析结果。

二、预习内容

(1) 放大器的基本原理。 (2) 放大器的设计方法。

三、实验设备

microwave office软件

四、理论分析

射频晶体管放大器常用器件为bjt 、fet 、mmic 。 放大器电路的设计主要是输入/输出匹配网络。输入匹配网络可按低噪声或高增益设计，

输出匹配网络要考虑尽可能高的增益。

五、软件仿真

设计一900mhz 放大器。其中电源为12vdc ，输出入阻抗为50ω。at4151之s 参表(vce=8v，

ic=25ma，zo=50ω，ta=25℃) 如下列 图2-1 900mhz放大器电路图 图2-2 模拟仿真结果

六、结果分析：

本设计是设计一个放大器，其通频段是0到900mhz, 然后根据图上的蓝色和红色曲线可

见lc 组成的网络的幅频特性曲线，可见这个网络在900mhz 左右会对信号有一个比较大的衰

减，因此必须对输出网络进行阻抗匹配，而且匹配网络的中心频率在900mhz 左右，才可以做

好阻抗匹配。篇二：射频实验报告2 射频/微波电路设计实验 开课实验室：

2012年3月9日 篇三：《射频收发系统》实验报告完成 《射频收发系统》 实 验 报 告

（一）实验设备： （1）实验箱 各单元电路板插放在实验箱的底板上时，电源将自动供电；各单元电路板拔下实验时，

需通过排线单独供电。

（2）频率计nfc-1000c-1计数器：测试频率

（3）函数发生器ee1641c ：可输出低频正弦、三角、方波信号

（4）专用调试设备dr200r1 ：可输出各频道射频信号和相应本振信号 （5）专用调试

设备dr200t2：可测量各频道射频信号指标（载波频率及功率，调制频率，调制频偏）

（6）矢量网络分析仪ee5100：可测电路的幅频特性和相频特性 （7）频谱分析仪ee4052：

测量信号频谱

（8）数字示波器：测量信号波形、幅度及参考频率 （9）综合测试仪ee5113： 可作为

rf 合成信号发生器、音频信号发生器, 射频频率计、射频功率计、音频和直流数字电压表、

音频频率计、调制度表、失真度表、信噪比计、数字存储示波器等

（10）其他：测试线、稳压源，万用表，改锥，说明书 （11）仿真软件multisim10.0

（三）系统简析

3.1无线射频收发系统组成及电路原理 无线射频收发系统包括调频通信收发系统和调幅通信收发系统两大部分，其中调频通信

系统工作于百兆赫频段，频道数8个，支持标准正弦波、语音和数据信号输入，可做整机实

验，也可分解拆卸成子系统模块独立实验；调幅通信系统包含am 、dsb 、ssb 调制及相应的解

调，工作于百千赫中波广播频段，分成幅度调制与解调二个子系统模块，二个模块也可以连

成一个调幅通信系统，支持标准正弦波、实验音频信号输入。 无线射频收发系统整机电

路包含发射单元电路和接收单元电路，各单元电路按功能分成子系统电路模块。发射单元电

路包括：（1）调频发射系统中的模拟语音输入电路、锁相振荡电路（ 可做vco 调频、锁相环、

振荡器实验）、发射功放电路（可做功放实验，测试增益，分析谐波）、fsk 调制解调电路（fsk

调制与解调实验）、微机控制电路等5个子系统电路；（2）调幅发送系统中的幅度调制电路（可

做am 、dsb 、ssb 调制实验）。接受单元电路包括：（1）调频接收系统中的接收变频电路（可

做混频、滤波器特性、邻道抑制、镜频抑制等实验）、中频解调电路（中频选频放大器频率特

性试验、鉴频器实验）、锁相振荡电路、fsk 调制解调电路和微机控制电路等5个子系统电路；

（2）调幅接收系统中的幅度解调电路（可做am 、dsb 、ssb 解调实验）。 3.2调频通信收

发系统组成

调频通信收发系统的组成如图1-1所示，发射频率223mhz ～224mhz ，共分8个频道可在

“控制单元电路”中进行频道设置。调频通信发射系统工作过程：语音信号经“语音单元电

路”处理后由标准音频接口输出，数据信号可经“控制单元电路”接口送入“fsk 调制单元

电路”，将数据流信号转换成模拟音频信号，输出也为标准音频接口。语音或数据基带信号送

入“锁相振荡单元电路”进行频率调制，再由“发射功放单元电路”放大后经bc2输出到天

线发射，经bc2输出的信号也可由相关仪器接收分析。 调频通信接收系统工作过程：从天线接收的射频信号进入“接收变频单元电路”的p6

端，通过低噪声放大和变频，由“锁相振荡单元电路”提供本振信号，将射频信号变成21.4mhz

的中频从bc4端输出，21.4mhz 的中频信号送入到“中频解调单元电路”经二次变频，成为

455khz 中频，鉴频解调出的音频信号分为二路，一路通过音频放大电路推动扬声器输出语音

信号，若接收有数据信号时，可由另一路送入“fsk 解调单元电路”恢复成数据信号后由“控

制单元电路”输出。 （四）整机实验：

1、无线语音收发系统联机 1）本组联机测试 用双轴电缆将电路链接正确，送入单一正弦波信号，通过锁相环的 高频将信号送入高频段，在经过功率放大以后，信号在发射系统的任务就已经完成，用

同轴电缆将收发系统相连，在接受单元，信号首先经过接受变频单元进行第一混频，得到一

中频。此时的接受变频的本振频率由锁相环给予，第一中频的21.4mhz 再送入中频解调单元，

进行二次混频与鉴频得到调制信号。 控制单元电路频道调节：将控制板和锁相振荡板插放好，插拔kd0、kd1、kd2上的短路

器，用示波器检查锁相板上的c 、d 、e ，应该有脉冲信号，改变kd0、kd1、kd2插针位置，

通过锁相振荡板信号输出端口bc1送到扫频仪射频输入端口观测频率变化。如果是发射单元

需要重新插拔ptt 插针一次，发射频率才能发生变化，即改变发射信号频道选择

2）通信测试

将收发频率调到其他某组频道上，和其他组点对点互发互收语音信号和单音频信号；分

别记录相应指标及收、发通信距离。

2、无线数据收发系统联机 1）本组联机测试 将fsk 电路与调频收发系统相连，有线连接和无线连接两种状态下，完成自发自收ttl

信号，记录联机效果及相应指标。

2）通信测试

将收发频率调到其他某组频道上，和其他组点对点互发互收ttl 信号；分别记录相应指

标及收、发通信距离。

信号发生器产生一个矩形波，接入fsk 调制解调单元，此单元输出为一个调频的正弦波，

再送入调幅单元，加入高频载波，会得到一个调频条幅波，幅度解调解调出来的再经fsk 解

调单元得到起初输入的方波。此实验要控制好输入波的频率，以致能清楚地观察到实验的结

果，最好是人肉眼能分辨的频率范围以内，以便观察和记录结果。 二、“中频解调”电路原

理及分析 本单元电路利用标准接收中频解调芯片，采用二次变频方案，二中频为455khz ，解调音

频输出分成两路，一路通过音频放大电路推动扬声器，另一路提供数据解调器。中频接收芯

片还提供场强指示和静噪指示，用于系统组网。可调鉴频线圈对应鉴频信号的优劣，开关k7

用于解调性能通信试验。

电路详析：在本电路的接收端接收的是从接受变频单元来的一中频21.4mhz ，信号的幅

度在db 以下，第一步是经过放大网络进行放大，放大网络是主要由三极管和耦合电感组成，

最终实现了对高频信号的幅度放大，本单元主要的单元是ta31136芯片，主要是实现二混频，

以及鉴频的特性，最终在芯片的输出端得到了调制信号（即解调音频输出）。音频信号再经过

音量放大模块，驱动扬声器输出声音信号。

三、“中频解调”实验过程（含实验任务、步骤及调试过程）

（一）实验设备要求：中频解调面板，示波器，网络测试仪，万用表

（二）实验任务：

1、分析电路，画出功能框图，说明本实验电路的信号调谐放大及解调过程。

2、根据下列实验内容确定实验方案及需用的仪器、制定实验步骤。

3、记录原始实验数据，分析实验结果、完成实验报告撰写。 1、测试第一中频放大

器频率特性

步骤及调试：将网络仪接在实验板输入端和电容c123左侧（tp5）之间，记录增益、带

宽及幅频特性。

在这一步的测试中，首先将中频解调板供电，输入端p8接网络仪的输出端，tp5点接

网络仪的输入端。主要是通过网络仪来测试这个放大网络的幅频特性，再利用网络仪上的频

标来读出带宽。在幅度显示栏里读出增益。但在测试中在网络仪上并没有调试出理想的幅频

特性，在21.4mhz 附近，是一条接近于直线的曲线。但是在200mhz 的附近却又一些明显的门

洞型的幅频特性曲线。所以为了测试这一部分网络的放大特性，我采用了其他的方法：? 将调

制信号为1khz, 频偏3khz ，载频为21.4mhz 的信号通过信号发生器直接送入网络仪测试，记

录此时的幅频曲线，幅度，频率点。? 将上述一样的信号从p8输入，将tp5点的输出介入网

络仪的输入，再次测试此时的幅频曲线，幅度，频率点。? ，将?? 测试得到的结果进行比较得

出此网络具有放大的特性。简而言之就是将放大网络的输入点和输出点的幅频特性进行比较

得到结论：此网络有放大功能，在信号的幅度上有了很明显的增长。 2、检查并记录

455khz 中频信号并记录

步骤及调试：将0db 以下的21.4mhz 信号（或从接收变频单元电路的p4输出得到）与

本单元电路的p8相连，检查n10附近的g1晶体是否正常工作，用示波器x10探头观测c130

与g1晶体连接处应有振荡波形（即为20.945mhz 本振）。分别将k9、k10短接，用示波器检

查tp1应有455khz 中频信号。 在这一步的测试中，在测本振的频率的时候一直测不出来，在tp1点也测不出来455khz

的中频信号，最后用万用表进行电路的检查，结果发现是在本振附近的电容c130，c131，c132

其中之一可能是虚焊，经过老师检查和重新焊接，调试板可以正常的测出所需数据。在

ta31136芯片的2管脚可以测出本振的频率，在tp1点也能测出455khz 的二中频。

3、鉴频特性测试

步骤及调试：①断开455khz 陶瓷滤波器，从tp1 和tp2（或tp3）端接入网络仪，在455khz

附近测试并记录动态鉴频特性曲线。 ②断开455khz 陶瓷滤波器，从tp1 端送入455khz 附近的信号，缓慢改变输入频率，测

试并记录tp2（或tp3）处相应频率下的电压幅度，画出静态鉴频特性曲线。 ③接入455khz 陶瓷滤波器，从p8端送入0db 以下21.4mhz 附近的信号，缓慢改变输入

频率，测试并记录tp2（或tp3）处相应频率下的电压幅度，画出静态鉴频特性曲线。 首先测试从tp1 到tp2点这段网络的鉴频特性，所需要的仪器是网络测试仪，断开455khz

陶瓷滤波器，在455khz 附近测试并记录动态鉴篇四：ads2009射频电路仿真实验实验报告 低通滤波器的设计与仿真报告

一、实验目的

（1）熟悉ads2009的使用及操作；

（2）运用此软件设计一低通录波器，通过改变c2.l1的值，使低通录波器达到预定的要

求（db 值以大于—3.0以上为宜）；

（3）画出输出仿真曲线并标明截止频率的位置与大小。

二、低通滤波器简介

（1）定义：让某一频率以下的信号分量通过，而对该频率以上的信号分量大大抑制的电

容、电感与电阻等器件的组合装置。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截

止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

（2）特点与用途

特点：低损耗高抑制；分割点准确；双铜管保护；频蔽好，防水功能强。 用途：产品用途广泛，使用于很多通讯系统，如 catv eoc 等系统。并能有效的除掉通

频带以外的信号和多余的频段、频率的干扰。 低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数所起的作用；

低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。

三、设计步骤

1，建立新项目

（1）在界面主窗口执行菜单命令【file 】/【new project...】，创建 新项目。在选择保存路径时，在“name ”栏中输入项目的名称“lab1”；

（2）单击按钮“确认”，出现电路原理图设计及仿真向导对话框，按照要求进行选择选

项。

2，建立一个低通录波器设计

（1）在主界面窗口，单击“new schematic window”图标，弹出原理图设计窗口；

（2）单击“保存”图标，保存原理图，命名为“lpf1”；

（4）在左侧面板中选择电容图标，将其放置到电路图设计窗口中，并进行旋转；

（5）用类似的方法将电感放置到电路图设计窗口中，并利用接地图标，把电容器的一端

接地，将各个器件连接起来；

（6）在元件库列表窗口选择“simulation-s-param ”项，在该面板中选择s-parameter

模拟控制器和端口term ，将其放到原理图中。双击电容“c2”并修改其参数。 低通滤波器原理图如下图1所示： 3，电路仿真

1）设置s 参数控件参数

（1）双击s 参数控件，打开参数设置窗口，将“step-size ”设置为0.5ghz ；

（2）选中【display 】选项卡，在此列出了所有可以显示在原理 图中的仿真控件参数，选中需要显示的参量；

（3）单击“ok ”按钮，保存返回。

2）显示仿真数据

（1）执行菜单命令【simulate 】/【simulate 】，开始仿真；

（2）弹出状态窗口，显示仿真状态的相关信息；

（3）仿真完成后，若没有错误，可以通过数据显示窗口查看仿真结果，数据显示窗口左

上方显示当前设计名称为“lpf1”，该窗口可以把仿真数据以表格、圆图或等式的形式显示出

来；

（4）单击矩形图图标后会弹出矩形图设置对话框，选择要显示的s （2,1）参数—>

单击按钮》add 》—>选择单位为db ，然后单击“ok ”按钮，显示低通滤波器的响应曲线；

（5）执行命令菜单【marker 】/【new 】，将三角标志放置到仿真曲线上，选中该标志，

可用键盘和鼠标控制其位置。

3）保存数据窗口

4）调整滤波器电路

（1）单击原理图窗口中的四角标志，使原理图自动调整显示方式，与窗口大小相适应；

（2）在“lpf1”原理图窗口中选择l1和c2，对参数进行调节；

（3）改变参数时仿真曲线也会发生适时改变，同时三角标志也会自动调整到最新的曲线

上；

（4）在调节过程中，要更新原理图中相应元件的参数值。

（5）调整到仿真曲线达到技术指标后，单击“close ”按钮，保 存该参数。

仿真曲线如图2所示： 图一 电路原理图 图2 仿真曲线

四、设计结果

由仿真曲线可以观察得到，当频率为4.5ghz 时，db=-2.324<-3，满足条件，此时

l1=1.5nh，c2=2.4pf。

六、实验总结：

本次实验是我们第一次进行的ads2009的相关实验，首先我们按照课本的安装顺序安装

ads2009仿真软件，并按要求使用该软件设计了一个低通滤波器，而且仿真成功，得到了理

想的实验数据。在实验操作过程中，我逐渐熟悉了ads20009仿真软件的各项功能，并且能够

熟练操作，这为将来使用该仿真软件打下了基础篇五：射频实验报告 西安交通大学 射频专题实验报告 姓名：尧文斌 学号：2010052074 班级：信息03

（一）匹配网络的设计与仿真 实验目的

1.掌握阻抗匹配、共轭匹配的原理

2.掌握集总元件l 型阻抗抗匹配网络的匹配机理

3.掌握并(串) 联单支节调配器、λ/4阻抗变换器匹配机理

4.了解ads 软件的主要功能特点

5.掌握smith 原图的构成及在阻抗匹配中的应用