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
使用步驟
- 輸入階數 n(諧振器數量,1–10)。
- 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)。
- 按計算,表格列出 Type 1 與 Type 2 每個諧振器的 L(nH)與 C(pF)。
- 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 )
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
- 相對頻寬(BW/f0)越窄,元件值差距越大(串臂電感大、對地電感小),元件 Q 值造成的插入損耗也越明顯;窄頻應用可考慮耦合諧振器、SAW 或陶瓷濾波器。
- RF 頻段選用 C0G/NP0 電容與高 Q 電感,元件自諧振頻率需遠高於 f0。
- Type 1 的對地電感會讓直流短路到地,Type 2 的串聯電容會隔直流,依電路是否需要直流偏壓選擇。
- 需要更陡的裙邊、可接受通帶漣波時,改用切比雪夫帶通。
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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