应用ADS设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种： 1、电容间隙耦合滤波器 带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GHz以上有辐射损耗。 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器，有5％到25％的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。 3、发夹线带通滤波器 把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。
4、1/4波长短路短截线滤波器 5、半波长开路短截线滤波器 下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 2、平行耦合线微带带通滤波器 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mm以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。而使用电子计算机进行辅助设计时，则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带
实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线
两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二
幅度/相位调制 过去几十年随着数字信号处理技术与硬件水平的发展，数字收发器性价比已远远高于模拟收发器，如成本更低，速度更快，效率更高。更重要的是数字调制比模拟调制有更多优点，如高频谱效率，强纠错能力，抗信道失真以及更好的保密性。正是因为这些原因，目前使用的无线通信系统都是数字系统。 数字调制和解调的目的就是将信息以比特形式（0/1）通过信道从发送机传输到接收机。数字调制方式主要分为两类：1）幅度/相位调制和2）频率调制。两类调制方式分别又成为线性调制和非线性调制，在优劣势上也各有不同，因此，调制方式的选择最终还需要取决于多方面的最佳权衡。 本文就对幅度/相位调制加以讨论，全文整体思路如下： 1 信号空间分析 在路径损耗与阴影衰落中已提出发送信号与接收信号的模型以复信号的实部来表示，而在本文中为了便于分析各调制解调技术，我们必须引入信号的几何表示。 数字调制将信号比特映射为几种可能的发送信号之一，因此，接收机需要对各个可能的发送信号做比较，从而找出最接近的作为检测结果。为此我们需要一个度量来反映信号间的距离，即将信号投影到一组基函数上，将信号波形与向量一一对应，这样就可以利用向量空间中的距离概念来比较信号间的距离。 1.1 信号的几何表示 向量空间中各向量可由其基向量表示，而在无线通信中，我们也可把信号用其相应的基函数来表示。本文我们讨论的幅度/相位调制的基函数就是由正弦和余弦函数组成的： 21()()cos (2)c t g t f t φπ=(1) 22()()sin (2)c t g t f t φπ=(2) 其中g (t )是为了保证正交性，即保证 220()cos (2)1T c g t f t dt π=? (3) 20()cos(2)sin(2)0T c c g t f t f t dt ππ=? (4) 则信号可表示为 12()()cos(2)()sin(2)i i c i c s t s g t f t s g t f t ππ=+ (5) 则向量s i =[s i1，s i2]T 便构成了信号s i (t )的信号星座点，所有的星座点构成信号星座图，我们把信号s i (t )用其星座点s i 表示的方法就叫做信号的几何表示。而两个星座点s i 和s k 之间的距离就是采用向量中长度的定义，这里不再赘述。 2 幅度/相位调制 相位/幅度调制主要分为3种： 1）脉冲幅度调制(MPAM)：只有幅度携带信息；
滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。 例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：
1.前言 1.1 序言 随着人类社会步入信息化社会，电子信息科学技术正以惊人的速度发展，开辟了社会发展的新纪元。从20世纪90年代开始至今，通信技术特别是移动通信技术取得了举世瞩目的成就。在通信技术日新月异的今天，学习通信专业知识不仅需要扎实的基础理论，同时需要学习和掌握更多的现代通信技术和网络技术。通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。全面、系统地论述了通信系统基本理沦、基本技术以及系统分析与设计中用到的基本工具和方法，并将重点放在数字通信系统上。通信系统又可分为数字通信与模拟通信。传统的模拟通信系统，包括模拟信号的调制与解调，以及加性噪声对幅度调制和角度调制模拟信号解调的影响。数字通信的基本原理，包括模数转换、基本AWGN信道中的数字调制方法、数字通信系统的信号同步方法、带限AWGN信道中的数字通信问题、数字信号的载波传输、数字信源编码以及信道编码与译码等，同时对多径信道中的数字通信、多载波调制、扩频、GSM与IS95数位蜂窝通信。随着数字技术的发展原来许多不得不采用的模拟技术部分已经可以由数字化来实现，但是模拟通信还是比较重要的 1.2 设计任务 本设计是基于MATLAB的模拟相位（PM）调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱以及M檔等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB可视化交互式的操作，对调制解调处理，降低噪声干扰，提高仿真的准确度和可靠性。要求基于MATLAB的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB、simulink檔、M檔等，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m檔，得出调试及仿真结果并进行分析。
带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率，根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率，换算抑制频率与截止频率的比值，得出m 的值，然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言，引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入，输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器（如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer ）在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟（group delay ）。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候，描述比较简单，XL=L, XC=1/C ，计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征：通带平坦，阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢，直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ，其中，n 表示滤波器的阶数，octave 表示是频率的加倍。例如，3阶滤波器，将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化，使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点，这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式（Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ） ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值，以dB 为单位；Ω为抑制频率与截止频率的比值 例：假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有： 95.91020*1.0==Cn ；Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此，滤波器的阶数至少应该为4
RC 有源带通滤波器的设计 滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰 减。当干 扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。 用LC 网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放 和RC 网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良 好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而 RC 有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。 一.技术指标 总增益为1 ; 通带频率范围为 300Hz —3000Hz ,通带内允许的最大波动为 -1db —+1db ; 阻带边缘频率范围为 225Hz 和4000Hz 、阻带内最小衰减为 20db ; 二?设计过程 1 .采用低通-高通级联实现带通滤波器； 将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器 和高通 滤波器，再级联即得带通滤波器。 低通滤波器的技术指标为： f PH = 3000Hz A max - 1d B G =1 f SH = 4000Hz A min = 20dB 高通滤波器的技术指标为： f pL = 300Hz A max = 1d B G = 1 f si_ - 225Hz A min - 20dB 2. 选用切比雪夫逼近方式计算阶数 (1).低通滤波器阶数 N >ch 4[J(10 0.1Amin -1)/(10 0.1Ami N 1 _ ■ 1 Ch ( f SH / f PH ) (2).高通滤波器阶数 N 2 ch'[ *. (10 0.1Amin -1)/(100.1Amax -1)] Ch^(f pL /f SL ) 3. 求滤波器的传递函数 1) .根据Ni 查表求出归一化低通滤波器传递函数 H LP (S)二 H LP (S)| S S' 2= --- 2冗PH 2) .根据Na 查表求出归一化高通滤波器传递函数 N 2 H_P (S '，去归一化得 H^s '，去归一化得
无线通信系统中的调制解调基础（二）：相位调制 作者：Ian Poole Adrio Communications Ltd 第二部分解释了相移键控（PSK）的多种形式，包括双相相移键控（BPSK），四相相移键控（QPSK），高斯滤波最小相移键控（GMSK），和目前流行的正交幅度调制（QAM）。 第一部分解释了调幅（AM）和调频（FM）技术，并介绍了其优点和缺点。第三部分将会介绍直接序列扩频（DSSS）技术和正交频分复用（OFDM）调制技术。 调相 相位调制是另一种广泛采用的调制技术，特别是在数据传输的应用中。因为相位和频率是相辅相成的（频变是相变的一种形式），两种调制方法可以用角度调制（angle modulation）来概括。 为了解释调相如何工作，我们首先要对相位做出解释。一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波，幅度从正到负程波浪形变化，一个周期后回到零点，这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示，如图3-13所示，相位就是终点到起点的角度。 调相改变了信号的相位，换句话来说，图中绕着原点旋转的点的位置会改变，要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。所以，当进行相位调制的时候会产生频率的
改变，反之亦然。相位和频率是密不可分的，因为相位就是频率的积分，频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。因此，相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果，我们必须留意这个关系。 相移键控 相位调制可以用来传输数据，而相移键控是很常用的。PSK在带宽利用率上有很多优势，在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。 最基本的PSK方法被称作双相相移键控（BPSK），有时也称作反向相位键控(PRK)。一个数字信号在1和0之间改变（或表述为1和-1），这样形成了相位反转，就是180°的相移，如图3-14。 双相相移键控（BPSK） PSK的一个问题是接收机不能精确的识别传输的信号，来判定是mark（1）还是space （0），即使发射机和接收机的时钟同步也很难实现，因为传输路径会决定接受信号的精确相位。为了克服这个问题，PSK系统采用差分模式对载波上的数据进行编码。比如说，信号为1的时候改变相位，信号为0时不改变相位，在这个基础架构上可以做更多的改进，一些其它的PSK方法也被开发了出来。一个方法是信号为1时做90°的相移，在信号为0时做-90°相移，这样保留了0和1之间180度的相差。在简单的系统中如果不采用该方式进行传输，在传一个长序列的0的时候有可能会失去同步，这是因为产生突发模式时相位没有改变。 基于基本的PSK会有很多改变，各个方案都有各自的优缺点，让设计人员针对具体的应用采用不同的解决方法。比如说四相相移键控（QPSK)，采用了四个相位，每个相差90°,8-PSK，采用8个相位等等。 为了方便表述一个PSK信号，我们采用相位矢量或者星座图，如图3-15。采用这个图可以很好的体现相位信息和幅度信息。在这个图里面，信号的相位用角度表示，幅度用具离圆心的距离表示。这样这个信号中的同相分量用sine信号表示，而正交分量用cosine 信号表示。大部分PSK系统采用不变的幅度，因此圆心周围的点与圆心距离相等并只改
范道中学七年级数学导学提纲课题：幂的乘方 出卷人：施培新审核人：陈益锋 2012-2-22 姓名 _____ 课前参与 （一）预习内容：课本P43—44 （二）知识整理： 1.探索： （1）（2）是幂2的_____次方,其意义是_____个2的连乘积， 可写成：（2）=2×2=2= 2=2。 （2）（a）是幂a的_____次方,其意义是____个a的连乘积， 可写成：（a）=（）×（）×（）= a= a= a； 由此得：（a）是幂a的______次方,其意义是______个a的连乘积， 可写成：（a）=（）=a=a。 2.归纳：幂的乘方的法则：__________________________________________； 即写成公式： （a）=a（m、n为正整数）。 3.尝试练习： （1）（10）= （5）（－5）= （2）（10）= （6）（－5）= （3）（b）= (7 [（n－m）] 5 （4）（b）= (8 a·（a）2+ a·（a）3
4.推广：[（a m ）n ]p =____________ (m 、n 、p 为正整数。 5.幂的乘方法则的逆用为___________________________。 （三）思考： 通过预习，你认为本节内容主要研究了什么？你还有什么问题需和大家一起探讨？你有没有新的发现和大家一起分享！ 课中参与 例题1、计算：（1）（55）3 （2）（53）5 （3）(3x 5 （4）(35 x 例题2、计算：（1）[（a －b ）] （2）[（x －y ）] 例题3、计算：（1）－（y 4）3 （2）[（－y ）4]3 （3）（－y 4）3 例题4、计算：（1）（a ）·a （2）（b ）·（b ） （3）a ·（a ）－a ·（a ）2 拓展：1、（1）[（2）] （2）[（－3）] 2、已知3=2，3y =3，求（1）33x ，3 2y 的值。 （2）求3的值. 3、已知：3=a ，3=b ，用含a 、b 的代数式表示3 。 课后参与 课题：幂的乘方 姓名_____ 一、填空： （1）（7）5=_________； （2）[(－22]3=_________； （3） （a ） =________； （4）（－a 5）3=_________； （5）[（a －2）]=________； （6）[（x －y ）]=______；
国家电工电子实验教学中心 通信系统与原理 实验报告 实验题目：基于LabVIEW的频率调制 学院：电子信息工程学院 专业：通信1210班通信1212班 学生： 学号： 任课教师：纯喜磊 实验老师：王琴
一、实验目标 本实验的目的是实现一个基于LabVIEW 和NI-USRP 平台的调频收音机，并正确接收空中的调频广播电台信号。让学生可以直观深入的理解调频收音机的工作原理，感受真实信号。并通过实验容熟悉图形化编程方式，了解软件LabVIEW 和USRP 硬件基本模块的使用和调试方法，为后续实验奠定基础。 二、实验环境与准备 软件LabVIEW 2012（或以上版本）； 硬件NI USRP （1台）及配件。 三、实验原理 1. 频率调制 FM （Frequency Modulation ）代表频率调制，常用于无线电和电视广播。世界各地的FM 调频广播电台使用从87.5MHz 到108MHz 为中心频率的信号进行传输，其中每个电台的带宽通常为200kHz 。本实验重新温习FM 的理论知识，并介绍其基本的实现方法。 通过一个基带信号)(t m 调节载波的数学过程分为两步。首先，信源信号经过积分得到关于时间的函数)(t ，再将该函数当作载波信号的相位，从而实现根据信源信号变化对载波频率进行控制的频率调制过程。FM 发射机频率调制的框图如图1所示。 图 1 频率调制示意图
在图1的框图中，将信源信号的积分得到一个相位和时间的方程，即： ?+=t f c d m k t f t 0)(22)(ττππθ （1.1） 式中，c f 代表载波频率，f k 代表调制指数，)(τm 代表信源信号。调制结果是相位的调制，与在时域上载波相位的变化有关。此过程需要一个正交调制器如下图2所示： 图 2 相位调制 在此次实验中，NI USRP-2920通过天线接收FM 信号，经模拟下变频后，再使用两个高速模拟/数字转化器和数字下变频后将信号下变频至基带I/Q 采样点，采样点通过千兆以太网接口发送至PC ，并在LabVIEW 中进行信号处理。 假设已知调频信号的数学表达式： ??????+=?∞-t )(cos )(ττωd m k t A t s f c c FM （1.2） 式中，c A 代表载波幅度，f k 代表调制指数，()m τ代表信源信号。由于在软件无线电中，各种调制都是在数字域实现的，所以首先要对式1.2进行数字化。若将调频信号以t 为采样间隔离散化，则式1.2中的积分运算应转化为适合用软件处理的数值积分，可采用复化求积法实现FM 连续数学表达式的离散化。即把积分区间分成若干子区间，再在每个子区间上用低阶求积。即将积分区间［a ，b ］分为n 等份，分点kh x k =，n a b h -= ，k ＝0，1，…，n 在每个子区间[]1,+k k x x 上引用梯形公式()()()[]121++≈?+k k x x x f x f h dx x f k k ，求和得复化求积公式为： ()()()()[]∑∑??-=+-=+≈==+10110a 2x 1 n k k k n k x x b x f x f h dx x f dx f I k k （1.3） 采用复化求积公式后，按三角运算展开后可得到FM 的离散数学表达式为：
电子系统设计实验报告 姓名 指导教师 专业班级 学院 提交日期2011年11月1日
目录 第一章设计题目 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 第二章原理分析及参数计算 (1) 2.1 总方案设计 (1) 2.1.1 方案框图 (1) 2.1.2 原理图设计 (1) 2.2 单元电路的设计及参数计算 (2) 2.2.1 二阶低通滤波器 (2) 2.2.2 二阶高通滤波器 (3) 2.3 元器件选择 (4) 第三章电路的组装与调试 (5) 3.1 MultiSim电路图 (5) 3.2 MultiSim仿真分析 (5) 3.1.1 四阶低通滤波器 (5) 3.1.2 四阶高通滤波器 (5) 3.1.3 总电路图 (6) 3.3 实际测试结果 (6) 第四章设计总结 (6) 附录………………………………………………………………………………… 附录Ⅰ元件清单………………………………………………………………… 附录Ⅱ Protel原理图…………………………………………………………… 附录Ⅲ PCB图（正面）………………………………………………………… 附录Ⅳ PCB图（反面）………………………………………………………… 参考文献…………………………………………………………………………
第一章 设计题目 1.1 设计任务 采用无限增益多重反馈滤波器，设计一四阶带通滤波器，通带增益01A =， 1L f kHz =，2H f kHz =，设计方案如图1.1所示。 图1.1 四阶带通滤波器方案图 1.2 设计要求 1.用Protel99 画出原理图，计算各元件参数，各元件参数选用标称值； 2.用Mutisum 对电路进行仿真，给出幅频特性的仿真结果； 3.在面包板上搭接实际电路，并测试滤波器的幅频特性； 4.撰写设计报告。 第二章 设计方案 2.1 方案设计 2.1.1方案框图(如图2.1.1) 图2.1.1 四阶带通滤波器总框图 2.1.2原理图设计 本原理图根据结构框图组成了4个二阶滤波器，上面两个分别为c f =2kHz ，Q=0.541，A=1的低通滤波器和c f =2kHz ，Q=1.306，A=1的低通滤波器；下面两个分别为c f =1kHz ，Q=0.541，A=1的高通滤波器和c f =1kHz ，Q=1.306，A=1的高通滤波器，其中P1、P2、P3作为接线座用来接线，原理图如图2.1.2,具体参数计算见2.2节。 V i V o 二阶低通滤波器 二阶低通滤波器 二阶高通滤波器 二阶高通滤波器
实验四微带线带通滤波器 设计 Prepared on 24 November 2020
实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 1、滤波器的介绍 滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 滤波的性能指标： 频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带 2、平行耦合微带线滤波器的理论 当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。 二、耦合微带线滤波器的设计的流程
课程设计 课程名称：数字信号处理 题目编号： 0801 题目名称：切比雪夫I型带通IIR数字滤波器 专业名称：电子信息工程 班级： 1203班 学号： 学生姓名：段超 任课教师：陈忠泽 2015年08月30日
目 录 1. 数字滤波器的设计任务及要求（编号0801） ................... 2 2. 数字滤波器的设计及仿真 .. (2) 2.1数字滤波器（编号0801）的设计 ................................... 2 2.2数字滤波器（编号0801）的性能分析 . (4) 3. 数字滤波器的实现结构对其性能影响的分析 (6) 3.1数字滤波器的实现结构一（0801）及其幅频响应 ...................... 7 3.2数字滤波器的实现结构二（0801）及其幅频响应 ...................... 9 3.3 数字滤波器的实现结构对其性能影响的小结 (12) 4. 数字滤波器的参数字长对其性能影响的分析 (12) 4.1数字滤波器的实现结构一（0801）参数字长及幅频响应特性变化 ...... 14 4.2数字滤波器的实现结构二（0801）参数字长及幅频响应特性变化 ....... 17 4.3 数字滤波器的参数字长对其性能影响的小结 (20) 5. 结论及体会 (20) 5.1 滤波器设计、分析结论 .......................................... 21 5.2 我的体会 ...................................................... 21 5.3 展望 . (21) 1. 数字滤波器的设计任务及要求 （1）切比雪夫I 型带通IIR 数字滤波器各项指标如下： 阻带下截止频率1s ω=rad i d π32 ) ln(; 通带下截止频率1p ω=rad i i d d π???? ?? +20 )(32)ln(log 10 ; 通带上截止频率2p ω=rad i i d d π??? ? ? ?-20 )(32 )ln(-1log 10 ;
NANHUA University
课程设计(论文)
题
目
用切比雪夫Ⅱ型 IIR 设计带通（数字频带变换）滤波器
学院名称 指导教师 班 学 级 号
电 气 工 程 学 院 陈 忠 泽
电子 091 20094470121
学生姓名
潘星
2012 年
12
月
1
1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） ：
1.设计内容： 根据自己在班里的学号20（最后两位）查表一得到一个四位数，0702，由该四位数 索引表二确定待设计数字滤波器的类型：等波纹FIR数字带通滤波器 2.滤波器的设计指标： ⑴阻带下截止频率 ? sl ? e ? 0.2?rad ⑵通带下截止频率 ? pl ? e 50 ? 0.3?rad ⑶通带上截止频率 ? pu ? e
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? 0.7?rad
⑷阻带上截止频率 ?su ? e ? 0.8?rad ⑸通带最大衰减错误！未找到引用源。 ⑹阻带最小衰减错误！未找到引用源。 其中，错误！未找到引用源。—你的学号的最后两位 3. 滤波器的初始设计通过手工计算完成； 4. 在计算机辅助计算基础上分析滤波器结构对其性能指标的影响 （至少选择两种以上合 适的滤波器结构进行分析）； 5. 在计算机辅助计算基础上分析滤波器参数的字长对其性能指标的影响； 6. 以上各项要有理论分析和推导、原程序以及表示计算结果的图表； 7. 课程设计结束时提交设计说明书。
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2
MATLAB设计模拟带通滤波器 参数自己改一下就可以了 cheb1 % wp1=0.45*pi;wp2=0.65*pi;ws1=0.3*pi;ws2=0.75*pi;Rp=1;Rs=40 % =============双线型变换法========================================= wp1=0.45*pi; wp2=0.65*pi; ws1=0.3*pi; ws2=0.75*pi; Rp=1; Rs=40; Wp1=tan(wp1/2); Wp2=tan(wp2/2); Ws1=tan(ws1/2); Ws2=tan(ws2/2); BW=Wp2-Wp1; W0=Wp1*Wp2; W00=sqrt(W0); WP=1; WS=WP*(W0^2-Ws1^2)/(Ws1*BW); [N,Wn]=cheb1ord(WP,WS,Rp,Rs,'s'); [B,A]=cheby1(N,Rp,Wn,'s'); [BT,AT]=lp2bp(B,A,W00,BW); [num,den]=bilinear(BT,AT,0.5); [h,omega]=freqz(num,den,64); subplot(2,2,1);stem(omega/pi,abs(h)); xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(z)|'); subplot(2,2,2);stem(omega/pi,20*log10(abs(h))); xlabel('\omega/\pi');ylabel('增益.dB'); % =============直接法================================= wp1=0.45*pi; wp2=0.65*pi; ws1=0.3*pi; ws2=0.75*pi; Rp=1; Rs=40; Wp=[wp1/pi,wp2/pi]; Ws=[ws1/pi,ws2/pi]; [N,Wn]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs); [B,A]=cheby1(N,Rp,Wn); [h,omega]=freqz(B,A,64); subplot(2,2,3);stem(omega/pi,abs(h)); xlabel('\omega/\pi');ylabel('|H(z)|'); subplot(2,2,4);stem(omega/pi,20*log10(abs(h))); xlabel('\omega/\pi');ylabel('增益.dB'); %cheby2% % wp1=0.45*pi;wp2=0.65*pi;ws1=0.3*pi;ws2=0.75*pi;Rp=1;Rs=40 % =============双线型变换法========================================= wp1=0.45*pi; wp2=0.65*pi; ws1=0.3*pi; ws2=0.75*pi;
￥ 实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 ; 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 ， 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数， C A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当=0时，（2）式有最大值1； 。 =C 时，（2）式等于，即A u 衰减了 n=2 3dB ；n 取得越大，随着的增加，滤波器 n=8 的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性 越接近于理想特性。如图1所示。 0 C
当 >> C 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线 两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： 20ndB/十倍频或6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 [ 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 n 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 1 1+L s 2 122++L L s s 》 3 )1()1(2+?++L L L s s s 4 )184776.1()176537.0(2 2++?++L L L L s s s s 5 )1()161803.1()161807.0(22+?++?++L L L L L s s s s s 6 )193185.1()12()151764.0(222++?++?++L L L L L L s s s s s s [ 7 )1()180194.1()124698.1()144504.0(2 22+?++?++?++L L L L L L L s s s s s s s 8 )196157.1()166294.1()111114.1()139018.0(2222++?++?++?++L L L L L L L L s s s s s s s s 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω， C 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） >
一、低通滤波器的设计及参数值在线计算 图1所示是一个低通通滤波器，它的截止频率如下公式所示： 公式1 图1 图2是实用的低通滤波器电路，它使用通用运算放大器（运放）接成单电源供电模式，简单易行。图中C2为足够大的电容器，所谓足够大是指C2和R2的时间常数要远小于R1和C1的时间常数，图中为10U。该电路通带内的电压放大倍数为R1/R2，若R1=R2则放大倍数为1。该电路截止频率有R1,C1的时间常数决定，满足公式1。
图2 下图是当R1=R2=15915Ω（不是标准电阻值，可参考这里找出最接近的电阻），C1=10nF（算得频率是1k）的pspice仿真结果。这时增益=1，输出二分之一根 号二即0.707V就是截至频率点，图上可以看出是1kHz
图3 输入C1，R1的值计算频率F: 输入C1，频率F的值计算电阻R1: 低通滤波器的设计及参数值在线计算:https://www.doczj.com/doc/e946706.html,/lowpass.htm
二、有源带通滤波器的设计及参数值在线计算 图1所示是一个多路负反馈二阶有源带通滤波器，它使用单个通用运算放大器（通用运放）接成单电源供电模式，易于实现。它的上限截止频率和下限截止频率可以非常近，具有非常很强的频率选择性。令C1=C2=C，Req是R1和R2并联的值。品质因数Q等于中心频率除以带宽，Q = fC/BW。由式可以看出可以通过让R3的值远大于Req来获得大的Q值 Q值越大，频率选择性越好，带宽越小。反之则反。令中心频率为fc，则计算公式如下： 其中
关于本有源带通滤波器电路的详细论述及PSPICE仿真结果请访问： 有源带通滤波器 借助本工具软件，您可以： 输入增益GAIN，带宽BW，中心频率F，电容值C，计算有源带通滤波器电阻值R1,R2,R3：
数字信号处理探究性学习 数字滤波器的设计
一、课题目的 1．通过课下的自我的学习，加深对书本理论知识的理解，提升自身的实际应用能力； 2．巩固所学的数字信号处理理论知识，使自身对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解； 3．培养自我学习的能力和对相关课程的兴趣； 二、课题介绍 传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。在此介绍一种利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Proces程序设计和利用信号处理工具箱的FDATool工具进行界面设计的详细步骤。利用MATLAB设计滤波器，可以随时对比设计sing Toolbox）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。给出了使用MATLAB语言进行要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。此外还介绍了如何利用MATLAB环境下的仿真软件Simulink 对所设计的滤波器进行模拟仿真。 在电力系统微机保护和二次控制中，很多信号的处理与分析都是基于对正弦基波和某些整次谐波的分析，而系统电压电流信号（尤其是故障瞬变过程）中混有各种复杂成分，所以滤波器一直是电力系统二次装置的关键部件。目前微机保护和二次信号处理软件主要采用数字滤波器。传统的数字滤波器设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB 信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）可以快速有效的实现数字滤波器的设计与仿真。 三、课题内容 用两种方法实现数字滤波器的设计(传统设计方法与Matlab设计)并进行Simulink仿真 四、具体实现 1 数字滤波器及传统设计方法 数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FI R）滤波器。 IIR数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配。所以IIR滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。FIR数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。