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專用短波接收機(jī)射頻前端預(yù)選濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2014-03-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/259538.htm

為了得到性能較好的射頻接收機(jī)前端,濾除接收機(jī)中的各種干擾信號(hào),保留有用信號(hào),必須在接收機(jī)前端適合的地方放置濾波器。尤其是放置于系統(tǒng)第一級(jí)的,它的性能好壞直接影響了整個(gè)接收機(jī)射頻前端的噪聲系數(shù)。通過分析N級(jí)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)噪聲系數(shù)方程可知,必須將的損耗降到最低,同時(shí)還必須使其具有系統(tǒng)需要的選擇性。

1、的選擇

由于預(yù)選濾波器處于整個(gè)射頻前端系統(tǒng)的第一級(jí),其性能對(duì)整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響,考慮到系統(tǒng)的線性度(避免非線性誤差帶來(lái)噪聲),預(yù)選濾波器中不應(yīng)有任何有源器件,因此該濾波器應(yīng)設(shè)計(jì)為無(wú)源LC濾波器。

同時(shí),對(duì)于專用短波接收機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)線性的相位響應(yīng)(相移)要比陡峭的衰減或幅度變化更為關(guān)鍵,而且線性的相移和陡峭的幅度變化是相互沖突的。綜合考慮其相互影響并結(jié)合系統(tǒng)要求,文中設(shè)計(jì)選擇了衰減曲線中波紋最小的最大平滑巴特沃茲(Butterworth)帶通濾波器。

2、預(yù)選濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1、預(yù)選濾波器的設(shè)計(jì)方法

目前,模擬帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法都是將要設(shè)計(jì)的濾波器的技術(shù)指標(biāo)通過某種頻率轉(zhuǎn)變關(guān)系轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo),并依據(jù)這些技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)出低通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù),然后再依據(jù)頻率轉(zhuǎn)換關(guān)系變成所要設(shè)計(jì)的濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)。

模擬帶通濾波器的4個(gè)頻率參數(shù)是Ωsl、Ω1、Ω3、Ωsh,其中Ω1、Ω3 分別是帶通的下限與上限頻率,Ωsl是下阻帶的上限頻率,Ωsh是上阻帶的下限頻率,首先要將它們做歸一化處理。

定義ΩBW 31 為帶通的帶寬,并以此為參考頻率對(duì)Ω軸做歸一化處理,即
ηslsl BW,ηslshBW,
η1 =Ω1 /ΩBW,η33BW。

再定義Ω1Ω3 為帶通的中心頻率,歸一化的η1η3,從而可以得出其歸一化的幅頻特性H(jη)及歸一化的低通幅頻特性| G(jλ)|,進(jìn)而可以得出η和λ的一些主要對(duì)應(yīng)關(guān)系。在η2 - η3 之間找一點(diǎn)η,它在λ軸上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)在0 - λP 之間,由于η31,那么η在η軸上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)是η/η,而λ在λ軸上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)是-λ。這樣又可找到η與λ的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

(1)

由于η31 = 1,λP = 1,所以有

(2)

從而實(shí)現(xiàn)了頻率轉(zhuǎn)換。利用所得到的低通濾波器技術(shù)指標(biāo)λP、λs、αP、αs,可設(shè)計(jì)出濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)G(p)。由

(3)

可得

(4)

這樣,所需的帶通濾波器的傳遞函數(shù)可以求出。

通過上述方法可以將巴特沃茲模擬帶通濾波器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成巴特沃茲模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)[3]。注意,N 階的低通濾波器轉(zhuǎn)換到帶通后,階次變?yōu)?N。

給定模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)αp、Ωp、αs、Ωs,其中αp 為通帶內(nèi)允許的最大衰減,αs 為阻帶內(nèi)應(yīng)達(dá)到的最小衰減,αp、αs的單位為dB,Ωp 為通帶上限角頻率,Ωs 為阻帶下限角頻率

。

αp、αs 都是Ω的函數(shù),它們的大小取決于|G(jΩ)|的形狀,為此,定義一個(gè)衰減函數(shù)α(Ω),即

(5)

這樣,式(5)把的4個(gè)技術(shù)指標(biāo)和濾波器的幅平方特性聯(lián)系了起來(lái)。

由于每一個(gè)濾波器的頻率范圍存在很大差別。為了使設(shè)計(jì)規(guī)范化,需要將濾波器的頻率參數(shù)作歸一化處理。設(shè)所給定的實(shí)際頻率為Ω(或f),歸一化后的頻率為λ,對(duì)低通濾波器,令

λ =Ω /Ωp6)

令歸一化復(fù)數(shù)變量為p,p = jλ,顯然

p = jλ = jΩ /Ωp = s /Ωp(7)

巴特沃茲的設(shè)計(jì)可以按以下3個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行。

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