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RF DESIGN TOOL · FILTER

巴特沃思(最大平坦)帶通濾波器計算器

巴特沃思帶通濾波器的通帶最平坦、沒有漣波,群延遲變化也較小。輸入中心頻率、頻寬與階數,立即算出 LC 串聯/並聯諧振器元件值並畫出頻率響應,適合收發模組的選頻、鄰頻干擾抑制與量測治具。

通帶無漣波1–10 階Type 1/Type 2 兩種接法電感 nH・電容 pF

① 輸入參數

BW 為 −3 dB 頻寬;階數越高裙邊越陡,但元件與插入損耗越多。常用 3、5 階。

② 計算結果

#Type 1Type 2
L (nH)C (pF)L (nH)C (pF)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

每一列為一個諧振器(L 與 C 皆諧振於 f0)。Type 1:奇數列=對地並聯 LC、偶數列=串臂串聯 LC;Type 2 相反。只顯示前 n 列。

電路圖

L1C1L2C2L3C3LnCnINOUTGND · 依階數 n 依序延伸

Type 1:奇數節為對地的 LC 並聯諧振(f0 時呈高阻抗、不分流),偶數節為串在主線上的 LC 串聯諧振(f0 時近似短路、讓訊號通過)。Type 2 順序相反。n 為偶數時最後一節為另一種諧振器。

頻率響應(依目前參數)

電感 L電容 C接地中心頻率 f0頻寬邊緣

理想響應:A(Ω) = 10·log(1 + Ω2n);Ω = (f/f0 − f0/f) · f0 / BW,兩條橘線為 −3 dB 頻寬邊緣。

使用步驟

  1. 輸入階數 n(諧振器數量,1–10)。
  2. 輸入中心頻率 f0 與 −3 dB 頻寬 BW(MHz),以及系統特性阻抗 Zo(一般 50 Ω)。
  3. 按計算,表格列出 Type 1 與 Type 2 每個諧振器的 L(nH)與 C(pF)。
  4. 依電路圖擇一接法,選用最接近的標準元件值後,以網路分析儀量測並微調。

原理與公式

巴特沃思低通原型元件值只與階數有關:

gk = 2 · sin( (2k − 1)π / 2n ),k = 1 … n

再以低通→帶通頻率轉換,把原型的串聯電感換成串臂上的 LC 串聯諧振、並聯電容換成對地的 LC 並聯諧振:

ω0 = 2π · f0,Δω = 2π · BW
串臂串聯諧振:L = gk·Zo / Δω C = Δω / ( gk·Zo·ω0² )
對地並聯諧振:L = Δω·Zo / ( gk·ω0² ) C = gk / ( Δω·Zo )

響應

理想響應 |H|² = 1 / (1 + Ω2n),Ω = (f/f0 − f0/f)·f0/BW。頻寬邊緣為 −3 dB,離開通帶後每多一階衰減越快;每個諧振器的 L·C = 1/ω0²。

設計提示

常見問題 FAQ

巴特沃思帶通適合什麼場合?
需要通帶平坦、相位較線性的地方,例如量測、寬頻資料傳輸或對群延遲敏感的系統。
頻寬要怎麼設定?
BW 是 −3 dB 頻寬,應包含所有工作頻道並留餘量(元件公差會讓中心頻率偏移);要擋的干擾頻率則應落在 f0 ± 數倍 BW 之外。
算出的數值不是標準值怎麼辦?
選最接近的 E24 標準值,或以兩顆元件串並聯組合,再量測 S21 微調;電容誤差對中心頻率影響最直接。

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