模擬無源濾波器設計：兩種不同的90°移相網絡

本文介紹了兩種不同的90°移相網絡，一種是基于全通濾波器(APF)，一種是基于多相網絡(PN)，這兩種網絡都可以實現寬帶90°移相功能。最后介紹基于Matlab和小程序的相關設計工具的使用。

移相網絡的特點和用途

90°移相網絡(90° Phase-Shift Network)，有的也叫多相網絡(PN, Polyphase Network)，有的叫分相網絡(Phase Splitting Network)，有時也叫全通網絡(APF, All-Pass Network)，不管叫什么，他們都可以在一定范圍內輸出恒定相位，并且在這個頻率范圍內提供恒定的幅度輸出。

移相網絡，特別是寬帶移相網絡在很多地方都有重要用途，最開始是用在語音信號處理，比如在SSB(單邊帶)收發機設計中，就需要用到寬帶90°移相網絡，音頻嘯叫抑制也可以使用移相網絡；隨著通訊網絡發展，寬帶移相網絡用途越來越廣泛，頻率范圍也越來越高，比如在IQ調制器中將基帶信號轉變為IQ調制信號，在相控陣雷達中也有重要用途。

另外提一點，對于一段無耗傳輸線，其具有無限寬的帶寬，具有固定輸出延遲，也可謂一個移相器，其特點是移相隨頻率線性變化。

下圖是一個相頻圖像，紅色是固定延時的傳輸線相位特性，藍色是寬帶移相網絡的相位特性。

移相網絡綜合

移相網絡的綜合詳細理論可以參考W. SARAGA的寬帶分相網絡設計，概括來說這里用到了格型全通網絡，也就是W. E. THOMSON最早用于推導貝塞爾濾波器所用到的全通格型網絡，利用其全通并且全頻段阻抗匹配特性（前后級不會相互干擾，零極點只和本級的參數有關，和級聯級沒有關系），非常方便的推導出了格型網絡組成的90°相移網絡的零極點。

只要求出了零極點，器件值可以隨意配置，這種網絡也可以用于有源全通網絡移相器的設計，零極點計算和前面的一樣，原因也是由于有源運放前后級隔離，互不影響。

這種網絡的電路結構如下：

為了省功耗，有人發明了另外一種純RC的多相網絡，也可以實現90°寬帶移相，發明此電路的人應該是Gingell，并且他還指出，這種網絡不光可以生成90°相移，也可以生成3相60°相移，4相45°相移，甚至是8相22.5°相移。這種網絡輸入輸出口互易，也就是說輸出輸出可以隨意交換使用，在SSB單邊帶接收和發射機中可以看到這種網絡的不同接法。

這種網絡的電路結構如下：