学院
通信工程专业CDIO三级项目
项目设计说明书
（20##/20##学年第二学期）
项目名称 ： 电子电路仿真
题 目 ： 模拟带通滤波器的设计
专业班级 ：
学生姓名 ：
学 号：
指导教师 ：
设计周数 ：
设计成绩 ：
目 录
1 模拟带通滤波器设计的目的·································································· 2
1.1设计任务····················································································· 2
1.2设计题目····················································································· 2
1.3设计要求····················································································· 2
2模拟带通滤波器的软件设计·································································· 3
2.1电路图的设计方案········································································ 3
2.2电路图的原理·············································································· 3
2.3电路的算法·················································································· 3
2.4电路仿真、分析··········································································· 4
3模拟带通滤波器的硬件设计·································································· 6
3.1电路元器件清单··········································································· 6
3.2焊接电路····················································································· 6
3.3电路的调试·················································································· 7
4模拟带通滤波器的设计总结·································································· 7
5设计的心得体会·················································································· 7
参考文献······························································································ 8
1 模拟带通滤波器设计的目的
设计滤波器的主要目的就是理论结合实际，锻炼大学生将已学的知识综合应用，并提高学生的动手能力。设计有源带通滤波器，首先要了解无源高、低通滤波器的原理，然后连接运算放大器构成有源带通滤波器。
1.1设计任务
1) 查阅相关资料，了解滤波器的工作原理、分类、以及在通信系统的应用；
2) 进行功能分析，给出设计方案；
3) 熟悉所用器件的功能特性；
4) 设计电路原理图，并给出详细的设计过程；
5) 进行硬件制作及EWB或Multisim仿真软件进行仿真；
6) 进行调试，实现技术要求；
7) 编写设计报告。
1.2设计题目
压控电压源二阶有源带通滤波器设计
1.3设计要求
1) 掌握有源滤波器和无源滤波器设计方法和过程；
2) 要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标为：通带中心频率为500Hz，通带中心频率处的电压放大倍数为10；
3) 带宽为50Hz；
4) 对其设计电路进行仿真并利用相应元件搭建电路；
5) 结合现有仪器仪表进行系统调试；
6) 掌握理论联系实践的方法。
2模拟带通滤波器的软件设计
2.1电路图的设计方案
2.2电路图的原理
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。再连接一个运算放大器，就构成了有源二阶的带通滤波器。
2.3电路的算法
电路的传递函数：
带通滤波器的中心角频率为：
品质因数：
频带增益：
中心角频率处电压放大倍数：
品质因数：
2.4电路仿真、分析
有图2.4（a）在workbench软件中作出电路图：
输入计算的参数值，得到图2.4（b）压控电压源二阶带通滤波 器的幅频特性曲线，可以找到电路的中心截止频率
。
在幅频特性曲线上可以找到滤波器的带宽BW，有公式
可知，当最大截止频率对应的幅值向两侧衰减3dB时，就分别对应着他的上限截止频率和下限截止频率，
。
3模拟带通滤波器的硬件设计
3.1电路元器件清单
3.2焊接电路
3.3电路的调试
由于电路板是万用型的，所以焊接一定要用到导线，而且导线必须经过剥皮镀锡，在此过程中可能会出现导线内部断开，可能存在镀锡氧化而绝缘，为了排除导线的干扰，用万用表测试导线是否导通，或是否短路。
由于电阻和所标的型号有时不一致，最好先测一测阻值，检查电阻是否损坏或阻值与标称不一致。调试过程中，先看带通滤波器输出波形如何，若失真，则是硬件焊接的问题，用万用表测试几个点即可；若没有波形输出，则可能是运放没有工作或烧毁。用万用表测试运放的正想输入端3端，看是否有波形输出，若有，运放有问题，若没有，焊接有问题。
4模拟带通滤波器的设计总结
我们这组的题目是有源带通滤波器，我们选择了压控电压源二阶带通滤波器，指导书的的要求是要求设计一个有源二阶带通滤波器，通带中心频率为500Hz，通带中心频率处的电压放大倍数为10；带宽为50Hz。根据要求，选用相应的元件实现带通滤波器电路，并对进行仿真和制作，并能利用相关仪器测量其技术指标，通过示波器观察结果。我们测得的数据跟理论值有差距，但不是很大，我们最后得到截止频率为513Hz，带宽为61Hz。
5设计的心得体
这次的课程设计是进入大学以来，第一次自己设计，自己制作硬件，虽然在设计和制作过程中有种种的困难和不解，都是因为自己的努力还不够。每次有问题问指导老师，老师都会锻炼我，让我们自己查去资料，不过，老师还是会指明一个方向，该怎么做，应先从哪里着手。事实上，刚开始遇到这个设计是就一脸的茫然，不知道从哪里着手，小组人员都是如此，最后还是在指导老师的帮助下才会顺利的进行下去，以至于最后的成功。
经过这次的设计制作后，我更加懂得了理论知识的重要性，动手能力的重要性。更加明白，在使用仪器时，首先，弄明白一起怎么使用，然后在测试电路。因为在做实验过程中，连续不断的出现仪器损坏的情况。所以，要学会使用仪器。培养我们的实际动手能力、理论联系实践的能力。通过这次的课程设计让我们掌握电子电路系统的设计、制作、调试、仿真的方法。
参考文献
[1] 谢自美编著.电子线路实验测试[M].华中科技大学出版社，2006.12
[2] 周长森.编码电子线路.计算机仿真技术[M].山东科技技术出版社.2002.9
[3] 晶体管技术编辑部[日本].电子电路设计与制作[M].科技出版社，2003
[4] 百度百科http://wenku.baidu.com/view/cd2b7f3887c24028915fc3b4.html
第二篇：新型微带带通滤波器设计
第１７卷
ＶｏＬｌ７
第１１期
Ｎｏ．１１
电子设计工程
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００９年１１月
Ｎｏｖ．２００９
新型微带带通滤波器设计
刘青爽，韩莉，薄娟，刘丽红
（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州２２１００８）
摘要：提出一种新型微带带通滤波器设计。它是由带有Ｊ．变频器的零阶谐振ＺＯＲ（ｚｅｍｔｈ－ｏｒｄｅｒｒｅｓｏｎａｎｔ）系统构成。零阶谐振系统以互补分裂谐振环和一系列沟道组成的左手材料ＬＨＭ（Ｌｅｆｔ—ＨａｎｄｅｄＭａｔｅｒｉａｌ）为基本单元。在传统设计的基础上进行改进。得到适合具有严格设计要求的滤波器设计使用模型，并给出此零阶谐振系统的共振频率和导纳斜率参数的确定方法。实验表明，该微带带通滤波器的模拟量与测量之间存在最佳关系。并具有高选择性能、对称的响应曲线以及良好的通带带宽控制性能。
关键词：微波技术；带通滤波器（ＢＰＦ）；互补分裂谐振环（ＣＳＲＲ）；零阶谐振（ＺＯＲ）；共振频率；导纳谐振参数
中图分类号：ＴＮ７１３
文献标识码：Ａ
文件编号：１６７４－６２３６（２００９）１ｌ—００８９－０２
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ
ＵＵＱｉｎｇ－ｓｈｕａｎｇ，ＨＡＮＬｉ，ＢＯＪｕａｎ，ＬＩＵＬｉ?ｈｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣＵＭＴ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｙｓｔｅｍｏｆｒｉｎｇ
ｎｅｗ
ｔｙｐｅ
ｏｆｍｉｅｒｏｓｔｒｉｐ
ｕｓｅｓ
ｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｚｅｒｏｔｈ－ｏｒｄｅｒｒｅｓｏｎａｎｔ（ＺＯＲ）
ｔｈｅ
Ｊ－ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ．，１１ｌｅＺＯＲ
ｌｅｆｔ—ｈａｎｄｅｄｍａｔｅｒｉａｌ（ＬＨＭ）ａｓ
ｕｎｉｔｃｅｌｌｓ．ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｓｐｌｉｔ
ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ
ａｎｄ
ｓｅｒｉｅｓｇａｐｓ．Ｏｎ
ｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎ，ａｂａｎ＠ａｓｓｆｉｌｔｅｒ（ＢＰＦ）ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄ
ｔｏ
ａ
ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅ
ｒｅｓｏｎａｎ｜ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｓｕｓｃｅｐｔａｎｃｅｓｌｏｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄａｎｄ
ｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔ
ｈａｓｂｅｅｎｆｏｕｎｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＢＰＦｈａｓｍｕｃｈｂｅｔｔｅｒｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，
ｍｏｒｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｂａｎｄｗｉｄｔｈ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｂａｎｄｐａｓｓ
ｆｉｌｔｅｒ（ＢＰＦ）；ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｓｐｌｉｔｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ（ＣＳＲＲ）；ｚｅｒｏｔｈ－ｏｒｄｅｒ
ｒｅｓｏｎａｎｔ
（ＺＯＲ）；ｒｅｓｏｎａｎｔ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｓｕｓｃｅｐｔａｎｃｅｓｌｏｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒ
１引言
目前分裂谐振环ＳＲＲ（Ｓｐｌｉｔ
Ｒｉｎｇ
２
Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）和互补分裂
平面ＬＨＭ和ＺｏＲ的设计分析
ＣＳＲＲ和沟道组成的ＬＨＭ单元典型布局如图ｌ所示．图ｌ
谐振环ＣＳＲＲ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＳｐｌｉｔＲｉｎｇＲｅｓｏｎａｔｏｒｓ）的潜在应中。其衬底厚度为１．５ｍｕｇ介电常数为２．６５，外环半径ｒ．．－－６ｍｍ，内环半径ｋ＝５．４ｍｍ，圆环宽度Ｓ＝０．３ｍｉｌｌ，圆环缺口宽度ｇ＝
０．３２２
用价值不断被挖掘。ＳＲＲ可用于左手材料ＬＨＭ（Ｌｅｆｉ—ＨａｎｄｅｄＭａｔｅｒｉａｌ）ＢＩ，ＬＨＭ具有反向电导介电常数和渗透系数。这种反向介电常数通过互补的ＳＲＲ（ＣＳＲＲ）来弥补。这样共振因素导致ＳＲＲ应用的局限性。同时也促进ＣＳＲＲ发展。
研究证明，在以ＣＳＲＲ为基础的传输电路中增加沟道来建立平面ＬＨＭ是可行的１２｜。这种平面ＬＨＭ可用于设计微带带通滤波器。但当前大多数带通滤波器都是由ＬＨ单元或其改进的单元简单级联构成的，几乎所有的带通滤波器设计均不能较好地控制其频率响应（带宽、带外抑制等）。因此，这里详细给出基于电容耦合零阶谐振器（ＺＯＲ）的微带带通滤波器的设计。
ＺＯＲ以平面ＬＨＭ为基本单元，通过分析直接由Ｂｌｏｃｈ阻抗和相移确定模拟量Ｓ和零阶共振频率。该设计能够采用导纳斜率参数定量描述ＺＯＲ的谐振参数，使用统一负长度微系统嵌入式电容描述Ｊ．变频器，通过连接ＺＯＲ和Ｊ．变频器完成ＢＰＦ设计和仿真。
收稿日期：２００９—０６－０９
ｒａｍ，底板上贴片沟道宽度ｇａｐ－－－０．８ｍｉｌｌ，ＬＨＭ单元长度Ｚ＝ｍｍ。底板上贴片宽度ｗ＝４．２ｍｍ。本文假定ｒ．＝ｒ。－２Ｓ。
图１ＬＨＭ单元典型布局
ＬＨＭ由单元细胞级联组成［３１。图２为由２个单元细胞级联的平面ＬＨＭＳｌｌ图。由图２可知。过渡带衰减较小，选择性较差。虽然可通过增加单元细胞级联数改善系统选择性，但难以得到对称的响应曲线、良好的通带带宽控制性能以及其他性能指标。因此在分析ＬＨ通带附件的单元细胞的性能指
稿件编号：２００９０６０３３
标的基础上．设计平面共振器模型，以改进其性能。导纳斜率
作者简介：刘青爽（１９８６一），女，河北唐山人。研究方向：电子技术。
一８９—
万方数据
《电子设计工程＞＞２００９年第１１期
图２平面ＬＨＭＳ１１图
参数ｂ可由式（１）计算１４ｌ：
６＝知［ｄＢｑ３／胡
式中，声ｆｏ。计算ｂ约０．１０７
９Ｓ。
（１＞
３滤波器设计
图３为Ｊ．变频器实现的标准微带带通滤波器电路。
图５仿真模型
更好的选择性能、对称的频率响应曲线以及良好的通带带宽
图３标准微带带通滤波器电路
控制性能。
ｎ阶带通滤波器的技术指标由式（２）确定ＩＳｌ：
一ｊＡｌ＝Ｇｏｂｗ／（ｇｏ＆），｜ｉ．ｕｌ＝ｂｗ／～ｇ器¨，
’
４结束语即
采用ＺＯＲ设计带通滤波器．该ＺＯＲ是以ＣＳＲＲ和一系
（２）
２
厶…＝Ｇｏｂｗ／ｇ．ｇ翻
列沟道组成的ＬＨＭ为基本单元。仿真表明。该微带带通滤波器与那些南ＬＨＭ单元简单级联的带通滤波器相比。具有更优异的性能。参考文献：【１】ＳＨＥＬＢＹ
ｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆ
ＲＡ，ＳＭＩＴＨＤＲ，ＳＣＨＵＬＴＺ
ａ
式中，ｂ为ＺＯＲ的导纳斜率参数，埘为带宽（ＦＢＷ），Ｚ。。为变频器的．，值。氍为原型低通滤波器参数，Ｇｏ和Ｇ。分别为输入输出端口的抗负荷指数。
Ｊ．变频器可认为是微带负长度之间的嵌入式电容．其中电容Ｃ油Ｉ以及相移ｔＰｉⅢ由式（３）计算１６１：
Ｃｉ．“ｌ－（鼻．“ｌ／２霄ｆｏ）４１－（Ｚ．“１／Ｙｏ）２】，ｔｐｆ．“ｌ＝－ｔａｎ－‘（Ｚ．“Ｉ，ｙ０）（３）由Ａｎｓｏｆｉ软件优化的带通滤波器的几何图形和尺寸如图４所示。衬底厚度为１．５ｍｍ，介电常数为２．６５，贴片上两侧微带长度Ｚ。＝７ｍｍ，贴片上两侧微带宽度角＝０．２ｍｍ，贴片上中央微带长度如＝ｏ．７５ｍｍ。贴片上中央微带宽度９２－－０．２
ｍｍ，
Ｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｖｅｒ－
ｎｅｇａｔｉｖｅｉｎｄｅｘ
ｏｆ
ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ叨．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１
（２９２）：７７—７９．
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Ｆ．，ＬｏＰＥＴＥＧＩＴ．。ＬＡＳＯ
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ｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｐｐｌｉｅｄ
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ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ
ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２００４。９３（１９）：１＿４．【３】Ｃ
Ｌｉ，ＦＬｉ．Ｍｉｃｍｓｔｒｉｐｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｓｂａｓｅｄ
ｗｉｔｈ
ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ
ｓｐｌｉｔ
ｒｉｎｇ
ｏｎ
ｚｅｒｏｔｈ－ｏｒｄｅｒ
微带外侧距离１＝４３．５ｍｍ．从而获得模拟量与测量量之间良好对应关系。
ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ
ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓＵ】．１ＥＴ
Ｍｉｅｍｗ．ＡｎｔｅｎｎａｓＰｒｏｐａｇ．，２００９，３（２）．２７６—２８０．
【４】ＭＡｑｑＭＡＥＩＧＬ，ＹＯＵＮＧＬ，ＪＯＮＥＳＥＭＴ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｎｄ
ｃｏｕｐｌｉｎｇ
ｆｉｌ?
ｔｅｒｓ，ｉｍｐｅｄａｎｃｅ－ｍａｔｃｈｉｎｇ
ＳｔｌａｌＣ?
ｔｕｒｅｓ【Ｍ１．Ａｒｔｅｃｈ［５】Ｄａｖｉｄ
Ｍ
Ｈｏｕｓｅ，Ｎｏｒｗｏｏｄ。ＭＡ，１９８０．
Ｐｏｚａｒ．微波工ｊ｝ｇＩＭ］．张肇仪，周乐柱，吴德明，等，
译．北京：电子工业出版社．２００６．
【６】丁荣林。李媛．微波技术与天线【Ｍ】．北京：机械工业出版
图４带通滤波器的几何图
社．２００７．
【７】康怡，白洁．对数域滤波器的实现叨．电子设计工程，
２００８．１６（６）：３０—３２．
图５为该微带带通滤波器的仿真模型。仿真表明．与由单元细胞简单级联构成的带通系统相比，该带通滤波器具有
－９０－
万方数据
新型微带带通滤波器设计
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：刘青爽， 韩莉， 薄娟， 刘丽红中国矿业大学,信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008电子设计工程ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING2009,17(11)
参考文献(7条)
1.康怡;白洁 对数域滤波器的实现[期刊论文]-电子设计工程 2008(06)
2.丁荣林;李媛 微波技术与天线 2007
3.David M Pozar;张肇仪;周乐柱;吴德明 微波工程 2006
4.MATTHAEI G L;YOUNG L;JONES E M T Micmwave filters,impedance-matching networks,and couplingstructures 1980
5.C Li;F Li Microstrip bandpass filters based on zeroth-order resonators with complementary splitring resonators 2009(02)
6.FALCONE F;LOPETEGI T;LASO M.A.G Babinet principle applied to the design of metasuffaces andmetamaterials 2004(19)
7.SHELBY R A;SMITH D R;SCHULTZ S Experimental verification of a negative index of refraction2001(292)
本文链接：http://d..cn/Periodical_dzsjgc200911035.aspx