一种UHF波段带通滤波器的设计

为了掌握微波滤波器的制作原理及设计方法，实现一种UHF波段带通滤波器的设计和制作。该设计采用了既定指标确定滤波器的形式（椭圆函数LC带通滤 波器），以椭圆函数为理论基础，通过软件仿真、版图制作、加工，并通过矢量网络分析仪进行调试、测试，从而制作成功满足指标的UHF波段带通滤波器。要设 计一个滤波器，首先要分析滤波器的技术指标，选择合适的滤波器形式，确定滤波器的级数，分析滤波器的带外特性以及通带特性，估算滤波器中心衰减和带外抑制 的大小，对滤波器进行合理的设计与计算，最后要对滤波器进行仿真优化，直至达到满意的技术指标。

引言

滤波器类型的选择可根据滤波器设计的带宽等指标和具体的应用场合来选择。相对带宽在20%以下的为窄带滤波器，应选用窄带滤波器的设计方法来设计；相对带宽 在40%以上的为宽带滤波器，应选用宽带滤波器的设计方法来设计；而介于两者之间的为中等带宽滤波器。由上面的指标可以看出本滤波器是窄带带通滤波器。

采用巴特沃斯滤波器来设计可以使通带内具有最大平坦的幅频响应；而切比雪夫滤波器的好处是：带外抑制好，但是带内有一定的波动；本文设计的滤波器要求带外近 端抑制良好（可以用切比雪夫滤波器或椭圆函数滤波器来实现，但是从后面的分析看要使用LC滤波器，而用LC滤波器的话，使用切比雪夫形式电路元件的值过于 小，很难实现，这个可以用软件仿真来说明），以此可以看出，用椭圆函数滤波器更适合。

微带滤波器通过采用不同的衬底材料可以在很大的频率范 围内应用（从几百MHz到几十GHz）；同轴滤波器由于其微小的尺寸，制作精度很难达到；波导滤波器在小信号电平上，它的频率基本是8~100GHz；陶瓷介质滤波器体积大，形状因子与品质因数较小；LC滤波器适用于本滤波器频段，且较容易制作和调试。

综上，本设计采用：椭圆函数LC带通滤波器进行设计。设计指标如下：

中心频率为450MHz；工作带宽为20MHz；带内插损为3dB；带外抑制为-40dB。

1、关于滤波器阶数N的选择

滤波器级数N是一个重要的参数，它的选择直接影响到滤波器的性能，特别是滤波器的插损和带外特性，所以N 的选择非常重要。

先对可能用到的一些概念和公式进行简单的说明。

对于终端短路式滤波器其滤波器级数N 应满足下面关系式：

对于终端开路式滤波器其滤波器级数N 应满足下面关系式：

对于窄带滤波器，有：

故上面公式可简化为：

对于窄带滤波器：

故式（4）可简化为：

对于带通滤波器，起相对带宽小于20%，所以其属于窄带滤波器。

由上面的公式可以算出：N 必须大于或等于3，才能满足上面的近似指标。

2、关于椭圆函数LC带通滤波器的仿真及设计

对电路各元件值先进行简单的假定，通过运用ADS进行仿真来审查，并进行优化。

根据所给指标设计的电路图进行仿真。图1 是根据所设定的原理图进行的仿真。从仿真图中可以看出，该电路的元件值并不能达到所要求的指标。首先，本设计要求中心频率在450MHz，但是此电路的中心频率有一定的偏移；而且从图中明显看出带外抑制并不良好，无法达到所要求的指标；而且带内插损也比较大；单单从电路元件的值上 看，线圈的值比较小，在制作过程中比较难绕制，比较难实现。