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研究生:羅明誠
研究生(外文):Ming-Cheng Lo
論文名稱:可變頻主動式射頻濾波器之研製
論文名稱(外文):Study of Tunable Active RF Filter
指導教授:黃榮堂黃榮堂引用關係陳正光陳正光引用關係
指導教授(外文):Jung-Tang HuangChing-Kong Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:可變頻帶通濾波器低雜訊放大器主動式低通濾波器電磁脈衝訊號
外文關鍵詞:Tunablebandpass filterlow noise amplifieractive lowpass filterElectroMagnetic Pulse signal
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本論文主要的目的,是在設計一具有可變頻及放大功能的主動式射頻帶通濾波器。在電路設計與模擬部份,應用耦合窄頻帶通濾波器設計和低雜訊放大器的基本理論,從基本偏壓電路選取、RF choke設計、輸入及輸出網路的電路設計,接著匹配電路和微調電容值,使得中心頻率在1.8GHz與2.4GHz作變頻的動作;另一方面,也可使中心頻率偏移的放大器,藉由微調可變電容,來把整個主動電路的中心頻率調回原來的設計值,且頻帶內的增益能維持在一定的數值,以及兼顧反射係數、穩定性及頻寬的表現。
另外本論文也應用主動式低通濾波器,亦即積分器,在處理電磁脈衝訊號,其主要是處理來自一被動式感測器的微分訊號。此感測器被用來量測電場、磁場、電流、表面電荷或其它微分變數。主動式積分器係利用補償器去補償被動式積分器頻寬的不足,同時提高增益,此研究主要是驗証積分器的可行性。
電路實作方面,使用Protel為佈局軟體,利用雕刻機實際製作出PCB電路板,再利用高頻被動元件SMD型的電阻及電容,以及高頻主動元件的電晶體,焊接在FR-4的電路板上,用50Ω的SMA接頭當作輸入、輸出端,整體電路完成後再使用網路分析儀量測,最後比對模擬與實際的差異性,並加以討論。

The main objective of this thesis is to design a tunable active bandpass filter. The circuit design and analysis employed fundamental theory of the capacitor-coupling narrow bandpass filter and low noise amplifier. The center frequency of the filter can be tuned form 1.8GHz to 2.4GHz by way of the choice of fundamental bias circuit, RF choke design, circuit design of input and output passive networks with consideration of impedance matching, and tuned capacitor. On the other hand, tuning capacitors of the passive networks can make an amplifier that shift in the center frequency back into its original design values. And also the gain can maintain constant value in the band without deteriorating the reflection coefficients of input and output, the stability, the bandwidth, and so on.
This thesis also applied an active lowpasss filter, or called as an integrator, to process the ElectroMagnetic Pulse (EMP) signal coming from a derivative type of sensor designed to measure an electrical or magnetic field, currents, surface charges or other derivative variables. An active integrator is designed to increase the gain and bandwidth over the passive integrator. The proposed active integrator is simulated and fabricated. The measured results by network analyzer demonstrate and prove its practicable performance.

目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究背景 2
1.3 文獻探討 3
1.4 研究方法與流程 7
1.5 章節簡介 8
第二章 微波放大器與帶通濾波器之設計簡介 10
2.1 放大器設計簡介 10
2.2 雙埠網路的S參數 10
2.3 電晶體偏壓設計 12
2.3.1 BJT偏壓電路 14
2.3.2 高頻扼流圈 15
2.4 放大器的工作穩定性分析 17
2.4.1 無條件穩定的判斷法 17
2.4.2 無條件穩定的圖解法 18
2.4.3 常用於穩定主動元件的電路設計 21
2.5 耦合窄頻帶通濾波器之設計 22
2.6 濾波器的靈敏度分析 24
2.7 傳輸矩陣 25
第三章 電路設計及模擬 28
3.1 電晶體基本特性 28
3.2 電晶體規格選擇 31
3.3 電路設計過程 36
3.4 濾波器的靈敏度分析 39
3.5 可變頻被動式濾波器的模擬結果 48
3.5.1 理想電容的分析與模擬結果 48
3.5.2 可變電容的分析與模擬結果 50
3.6 可變頻主動式濾波器的分析與模擬 54
3.6.1 可變頻主動式濾波器的分析 54
3.6.2 可變頻主動式濾波器的模擬 56
3.6.2.1 以理想的集總元件作模擬分析 56
3.6.2.2 考慮微帶線的模擬分析 62
第四章 電路實現與量測 70
4.1 電路實作 70
4.2 電路量測 71
4.2.1 S參數量測 71
4.2.2 量測與模擬比較 76
第五章 主動式積分器在電磁脈衝之應用 80
5.1 電磁脈衝波簡介 80
5.2 主動式積分器設計原理 80
5.2.1 主動式積分器主極點控制 82
5.2.2 主動式積分器整體電路架構 84
5.3 主動式積分器模擬分析 85
5.3.1 理想電路的模擬分析 85
5.3.2 實際電路的模擬分析 88
5.4 主動式積分器的實測結果 93
5.4.1 感測器和被動式積分器的實際量測 94
5.4.2 感測器和主動式積分器的實際量測 96
第六章 總結與未來展望 100
6.1 總結 100
6.2 未來展望 102
參考文獻 103

參考文獻
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