分布参数滤波器设计

IEEE-519中的限制均是针对系统稳态运行时提出的“最差”条件，暂态过程中允许出现超过此标准的情况。

表1列出了IEEE-519对电压谐波的限制标准。

表2列出了低于6.9kV的供电系统中，在不同的短路比（短路比SCR定义为最大短路电流IS与平均设定最大负载电流IL之比）条件下，其谐波电流值和总谐波畸变系数（THD）值的限制，而偶次谐波限制在奇次谐波的25%以下。

因此，按照电力电子装置容量与电力系统短路容量之比，正确选择主电路联结形式（等效相数、脉波数）和控制方式，就十分重要.IEEE-519对电流谐波的限制值高压变频器输入谐波分析1 . 多脉动整流抑制输入谐波的基本原理该技术采用脉动宽度为60°的6脉动三相全波整流作为基本单元，使m组整流电路的交流侧电压依次移相α＝60°/ m，则可组成脉动数为p=6m的多脉动整流。

其脉动数p、组数m、移相角α及对应的谐波次数h之间的关系如表3所示。

对于12脉动整流，整流变压器为常规接法的Y/Y-12（或Δ/Δ-12）和Y/Δ-11或(Δ/Y-1)，二者交流侧副方电压互相移相30°，直流侧并联(或串联)后组成12脉动整流。

结合IEEE-519中的标准，对各脉动数整流进行比较如表5所示，可见，在不增加其他滤波装置的情况下，12脉动整流不能满足IEEE-519中的要求，在各个范围内谐波含量均超出标准。

36脉动情况要好的多，35次以下谐波及THD都能满足IEEE-519的要求，但仍然含有较大的35、37等次的谐波。

由分析可以看出，多脉动整流很好的解决了变频器输入端的谐波抑制问题，尤其对低次谐波的抑制效果明显，且输入波形近似为正弦，很好地满足了要求。

但是，同IEEE-519中的标准相比较，在不增加其他滤波装置的情况下，多脉动整流不能在各次谐波上都满足IEEE-519中的要求，高次谐波的影响仍然很明显，需要与其它滤波器配合使用。

与传统的二电平拓扑结构相比较，中点箝位式三电平逆变器更适合于中高压变频装置高电压、大容量的特点，特殊的拓扑使得器件具有2倍的正向阻断电压能力，其多层阶梯形输出电压，理论上可通过增加级数而使输出电压波形接近正弦，减少谐波，在同样输出性能指标下，三电平的开关频率将是二电平的1/5，从而使系统损耗小。

实验四 微带短截线低通滤波器的设计4.1 微带短截线低通滤波器设计基础4.1.1分布参数滤波元件的实现1. Richards 变换集总元件构成的滤波器通常工作频率较低，在微波频段，我们常常采用微带结构实现较好的滤波性能。

在设计得到滤波器原型之后，为了实现电路设计从集总参数到分布参数的变换，Richards 提出了一种变换方法，这种变换可以将集总元件变换成传输线段。

如图4.1所示，电感L 可等效为长为λ/8，特性阻抗为L 的短路线；电容C 可等效为长为λ/8，特性阻抗为1/C 的开路线。

图4.1 Richards 变换2. Kuroda 规则采用Richards 变换后，串联元件将变换为串联微带短截线，并联元件将变换为并联短截线。

由于串联微带短截线是不可实现的，所以需要将其转变为其它可实现的形式。

为了方便各种传输线结构之间的相互变换，Kuroda 提出了四个规则，如图4.2所示。

其中，2211/n Z Z =+；U.E.是单位元件，即电长度为λ/8、特性阻抗为UE Z 的传输线。

选用合适的Kuroda 规则，可以将串联短截线变换为容易实现的并联短截线。

图4.2 Kuroda 规则4.1.2 微带短截线低通滤波器设计步骤微带短截线低通滤波器的实现可分为四个步骤： 1. 根据设计要求进行低通滤波器原型设计；2. 采用Richard 变换将低通滤波器原型中的电感和电容转换为等效的λ/8串联和并联传输线；3. 应用Kuroda 规则将串联短截线转换为并联短截线；4. 阻抗和频率定标。

4.1.3 微带短截线低通滤波器设计实例设计一个3阶、0.5dB 等波纹低通滤波器，其截止频率为4GHz ，阻抗是50欧姆。

第一步 根据设计要求，查表得到低通滤波器原型。

111.5963g L == 221.0947g C == 331.5963g L ==第二步应用Richard变换将电感和电容转换为等效的串联和并联短截线。

202401变频器输出滤波器设计变频器输出滤波器是用于调整变频器输出波形的设备，其设计目的是消除输出中的高频噪音和谐波，使输出波形更加平滑和稳定。

变频器输出滤波器的设计主要涉及以下几个方面：滤波器类型选择、滤波器参数确定、滤波器电路设计和参数调整。

在选择滤波器类型时，常用的有RC滤波器、LC滤波器和RL滤波器等。

RC滤波器适合低频滤波，LC滤波器适合高频滤波，而RL滤波器适用于低频和高频滤波。

根据实际需求，选择适合的滤波器类型。

确定滤波器参数是设计滤波器的关键步骤。

滤波器的频率截止值和阻带范围需要根据实际变频器输出波形的频率分布情况来确定。

频率截止值一般选择输出波形主要频率的两倍，以确保滤波器能有效滤除谐波和噪音。

阻带范围的确定需要考虑变频器输出的谐波频率范围，避免滤波器频率响应与谐波频率重叠。

此外，还需考虑滤波器的衰减因子和相移等参数。

在滤波器电路设计中，需要根据滤波器类型和参数，设计相应的电路结构。

RC滤波器可以采用串联的电阻和电容结构，LC滤波器可以采用并联的电感和电容结构，而RL滤波器可以采用串联的电阻和电感结构。

在具体电路设计中，要合理选择电阻、电容和电感的数值，以满足滤波器参数要求。

参数调整是滤波器设计的最后一步。

在设计完成后，需要通过实验和测试来调整滤波器的参数，以确保满足设计要求。

参数调整过程中，可以使用频谱分析仪等仪器来观测输出波形的频谱特性，并进行相应的调整。

总之，变频器输出滤波器的设计需要根据实际需求选择合适的滤波器类型，确定滤波器参数，设计相应的电路结构，并通过参数调整来满足设计要求。

这一过程需要从理论到实践的不断验证和调整，以确保滤波器的正常工作和性能优越。

•引言•微波滤波器基本原理•ADS 软件在微波滤波器设计中的应用•微波滤波器制作工艺流程•调试技巧与常见问题解决方案•实验案例分析与讨论•总结与展望目录01引言微波滤波器概述微波滤波器是一种用于控制微波频率响应的二端口网络，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。

微波滤波器的主要功能是允许特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率范围的信号，从而实现信号的选频和滤波。

微波滤波器的性能指标包括插入损耗、带宽、带内波动、带外抑制等，这些指标直接影响着通信系统的性能。

设计制作与调试重要性设计是微波滤波器制作的首要环节，良好的设计能够确保滤波器的性能指标满足系统要求。

制作是将设计转化为实物的过程，制作精度和质量直接影响着滤波器的最终性能。

调试是对制作完成的滤波器进行性能调整和优化，使其达到最佳工作状态的过程。

本教程旨在介绍微波滤波器的设计、制作与调试过程，帮助读者掌握相关知识和技能。

教程内容包括微波滤波器的基本原理、设计方法、制作流程和调试技巧等。

通过本教程的学习，读者将能够独立完成微波滤波器的设计、制作与调试，为实际工程应用打下基础。

教程目的和内容02微波滤波器基本原理低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器微波滤波器分类工作原理及性能指标工作原理性能指标常见类型微波滤波器特点集总参数滤波器分布参数滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器03ADS软件在微波滤波器设计中的应用ADS软件简介及功能模块ADS（Advanced Design System）是一款领先的电子设计自动化软件，广泛应用于微波、射频和高速数字电路的设计、仿真与优化。

ADS软件包含多个功能模块，如原理图设计、版图设计、电磁仿真、系统级仿真等，可满足不同设计阶段的需求。

ADS软件支持多种微波滤波器类型的设计，如低通、高通、带通、带阻等，具有强大的设计能力和灵活性。

微波滤波器设计流程确定滤波器类型和性能指标根据实际需求选择合适的滤波器类型，并确定滤波器的性能指标，如中心频率、带宽、插入损耗、带外抑制等。

742120220112210???????????????????????????????????xxsxlxusxlxlsminfbwffffbwfffmhzfffbwfff??273计算元件节数n??????????????????sllarasn110101cosh110110coshn取整数34查表得原型元件值gi5带通变换286画出电路进行仿真29三分布参数滤波器1richard变换短截线实现lcininzjztglyjytgl00????????短开2高低阻抗线实现串联l并联c设计lpf??000cossin121012sincos0110112cos1214sin12jzjxjxajzjbxbxbjxxbbzjbxb?????????????????????????????????????????????00221cos2sin2sinsin2sin2cos2ppxztglvbylv??????????????????????利用0000sin8
jX / 2 1
1 cos 2sin / 2 X 2Z 0tg (l / 2v p ) 利用 B Y sin( l / v ) sin 2sin( / 2) cos( / 2) 0 p C =Y0 l / v p B Y0 sin( l ) Y0 l C l / 8: L Z0l / v p X 2Z 0tg ( l / 2) Z 0 l L
2
1.2.2 优化函数（低通）
5
(1).最平坦响应(Butterworth)
L 1 2 N ：容差系数 N：阶数 1, L 3dB
阻带衰减：
N Ls 10 lg(1 2 s )

LC滤波器设计设计方法：一．通过原理图设计1.新建一个工程名为Step_Filter的工程，同时在ADS（main）主窗口中设置长度单位为millimeter。

→→2.建立低通滤波器设计单机建立原理图，命名为lpf，选择元器件建立如图1的原理图如图1设置S_PARAMETERS，“Step-size”选项改为500MHz，其他默认，如图2图23仿真点击进行仿真，仿真成功后添加S（2，1），选择dB为单位，如下图所示→最后结果如图3如图3在lpf原理图中，点击，弹出“Tune Parameters”对话框，如图4如图4然后单击lpf原理图中的C1原件，勾选“C1”选项，如图5，同样的方法添加C2，L1，就会和上面图4一样了。

图5接着设置调谐值范围，在“Tune Parameters”对话框中可以改变调谐器件的参数范围。

其中，改变Min、Max中的值可以调整调谐范围；改变Step中的值可以调整调谐的步进。

拖动“Tune Parameters”对话框中的滑块，调节参数，观察S21参数的变化，如图6图6调谐得到满意结果后，单击【Updata Schematic】按钮把调谐好的值更新到原理图。

单机【Close】结束调谐二．通过滤波器设计向导设计1.滤波器设计指标设计一个4GHz的低通滤波器，指标如下A.具有最平坦响应，通带内纹波系数小于2B.截止频率为4GHzC.在8GHz处的插入损耗必须大于15dBD.输入/输出阻抗为502.滤波器电路生成（1）.在Step_Filter工程中建立一个名为Filter_micro_lpf的原理图，执行菜单命令【】→【】，弹出如图7对话框如图7选择【】，单击ok，弹出如图8对话框图8(2).单击图标，在刚建立的‘Filter_micro_lpf’原理图中出现元器件列表，如图9图9选择双端口低通滤波器模型，弹出的对话框中单击ok，并将双端口低通滤波器添加到原理图中。

(3).重新回到图8，打开【】标签页，在【】下拉列表中选择“Maximally Flat”(巴特沃兹响应)。

滤波器设计中的滤波器阻带和通带的零点和极点位置分析在滤波器设计中，滤波器的阻带和通带是两个重要的概念。

阻带是指滤波器在频率范围内对信号进行衰减的区域，而通带则是指滤波器在频率范围内对信号进行通过的区域。

为了理解滤波器的性能和工作原理，了解阻带和通带中的零点和极点位置是至关重要的。

一、零点和极点的概念在滤波器设计中，零点和极点是描述滤波器特性的重要参数。

零点（Zero）是指滤波器频率响应函数中使得函数值为零的点，极点（Pole）则是指滤波器频率响应函数中使得函数值趋于无穷大的点。

零点和极点位置的分布直接决定了滤波器的特性。

二、阻带和通带的零点和极点位置分析1. 零点和极点位置对通带的影响通带的设计是为了使得滤波器在该频率范围内对信号进行传输而非衰减。

对于理想的滤波器而言，通带内的频率响应函数值始终为1，因此在通带内不存在零点和极点。

2. 零点和极点位置对阻带的影响阻带的设计是为了使滤波器在该频率范围内对信号进行衰减。

在阻带内，滤波器的频率响应函数逐渐趋近于零。

a. 零点位置对阻带的影响在阻带中，零点的位置对滤波器的衰减特性有着直接的影响。

当零点位置位于阻带范围内时，可以有效地抵消频率响应函数的分母项，使得滤波器的衰减更加明显。

因此，合理选择零点位置可以改善滤波器的衰减性能。

b. 极点位置对阻带的影响极点位置也对滤波器的衰减特性有一定的影响。

当极点位置位于阻带范围内时，会导致频率响应函数的分母项出现零点，从而使得滤波器的衰减性能减弱。

因此，在设计阻带时应尽量避免极点位置位于阻带范围内。

三、总结滤波器的阻带和通带零点和极点位置的分析对于滤波器设计具有重要的指导意义。

合理选择零点和极点的位置可以改善滤波器的性能，使其更好地满足实际需求。

因此，在滤波器设计过程中，需要仔细分析滤波器的阻带和通带，以确定零点和极点的位置，并据此进行优化设计。

通过对滤波器的阻带和通带的零点和极点位置的分析，可以更好地理解滤波器的工作原理，为滤波器设计提供有效的参考依据。

ｌ 舶 抽 Ｌ Ｉ 僦 。
减。 因此也证 明随着 电路工作频 率的升高 ，不
再适 合于使用 集总参数 元件构造滤 波 电路 。一 般情 况下 ，当工作频率 高于５ ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ 后，就不再 适用 于集总参数 滤波 电路 。所 以需要使用基于 分布 参数 电路构建的滤波 电路 。 ３ ． 集 总参 数转换为分布参数方法 １ ）Ｒ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ ｓ 变 换 ：即利用 一定长度 的终 端开 路或者终端 短路无耗传 输线构造等 效 的电 容或 者电感 ，从 而可 以实现 使用分布 式参数 电 ｇ ｌ ； ２ ． １ ３ ４ ｇ ｇ ２ ＝ １ ． ０ ９ ｌ １ ｇ ３ ＝３ ． ０ ０ ０ ９ ｇ ４ ＝１ ． ０ ９ ｌ １ 路替换集 总参数 滤波 电路中的相应 原件 。 ｇ ５ ＝２ ． １ ３ ４ ９ ｇ ６ ＝Ｉ ． ０ ０ ０ ０ ２ ）Ｋ ｕ ｒ ｏ ｄ ａ 规则 ：即是 一种利 用单位 元件 由归一 化元件参数值 换算成实际滤波器 的 进行 电路变 换的规则 （ 如图 １ 所示） 。 集 中参 数元件参量值后 ，得 到： 得 到各个阻抗的大 小值 ，乘 以阻抗５ Ｏ 得到 ｑ＝ Ｇ １ ． ０ ４ ６ ｘ １ ０ 真实 阻抗值 ：ｚ ＝ ｚ ５ ： ２ ． ４ ６ ８ 的实际值 为１ ２ ３ ． ４ ， ｚ ２ ＝ ｚ ４ ＝ ０ ． ４ １ ２ 的实际值为２ ０ ． ６ ，ｚ ３ ： ０ ． ３ ３ ２ ３ 的实际 厶＝ １ ． ３ ３ ６ ｘ １ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉ ｆ ｃ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｌ ｏ ｗ－ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｌ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｐ ｏｄ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ｄａ ｔ ａ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｌ ｕ ｍｐ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｎ ａ ｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ

３．１．５滤波器制作图３．１．４ＬＰＫＦＰｒｏｔｏＭａｔ９５ｓ外形图表３．１．２ＬＰＫＦＰｒｏｔｏＭａｔ９５ｓ主要参数表加工幅面４２０ｍｍ×３８０ｍｍ（１６５”×１５”）分辨率５ｕｒＯ．１９７ｍｉｌ）重复精度＋／－０．００５ｍｍ（０．２ｍｉｌ、定位孔系统精度＋／一０．０２ｒａｍ（０８ｍｉｌ）最小导线宽度０．１ｍｍ（４ｍｉｌ）最小绝缘间距０．１ｍｍｆ４ｍｉｌ、最小孔径０．２ｍｍ（８ｍｉｌ）滤波器的制作分为两步，首先用ＬＰＫＦＰｒｏｔｏＭａｔ９５ｓ进行版图的刻蚀，测试结果理想后，采用化学刻蚀。

任何一种分布参数传输线的特性都是周期性的，因此传输线形式的滤波器都有寄生通带，在频率刻度上，这一周期与线段的长度成反比，也就是说，传输线的长度越短，寄生通带离第一个通带就越远，对丁二微带线低通滤波器，就要求高阻抗线阻抗尽量的高，低阻抗线阻抗尽量低，考虑到实际的工艺水准，设计细微带线的宽度不宜小于０．１ｍｍ，小于Ｏ．１ｍｍ就很难保证制作时的精度。

综合上面的因素，高阻抗线宽度选为Ｏ．３ｒａｍ，低阻抗线为１０ｍｍ，作者做了六支微带线低通滤波器。

其中一支滤波器的外形如图３．１．Ｓ所示：图３，１．５滤波器外形图所采用的介质材料为聚四氟乙稀，参数为表３．１．３所示表３．１．３基片参数介质厚度１ｍｍ介电常数２．５５金属厚度０．０３５ｍｍ电损耗角『Ｆ切０．００２３．１．６实验结果与分析采用Ａｇｉｌｅｎｔ８７２０ＥＳ矢量网络分析仪对自行研制的六个低通滤波器进行了测试，Ａｇｉｌｅｎｔ８７２０ＥＳ矢量网络分析仪将在３．２．４节介绍。

测试时要注意选择好的连接线与测试接头，接头的性能好坏直接影响到测试的结果，对通带回波的影响尤为明显，会使我们误认为是我们设计的问题，因此测试时选用良好的连接线与转接头是十分重要的。

对六支滤波器分别进行了无调谐的测试，由于图比较多且大多一样，所以本文只给出了其中一支滤波器的测试曲线和与之相对应的电磁场仿真曲线。

N N
电压法：双LISN法，差共摸分离器 80dB
差模噪声
共模噪声
7
确定所需的插入损耗
原始差模噪声
105 100
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DM limitpk
80
60
40 20 20 5 110 150 10 3 1106 1107 1108 100 10 6 80 60 80
滤波器所需的差模插入损耗
f1 f2
4) 一阶差模EMI滤波器的转折频率 fcdm为：
Vdmreq 60
-60dB/Dec 150kHz fcdm
所需要的IL(或) 所需要的IL
200
f cdm 10
fTdm 4.74kHz
100
0
5) 由fcdm选取Cx1, Cx2及 Ldm :
100 1 ´10
3
100 200
电应力
效率/功率密度
温升规范
EMI规范
3
二、EMI滤波器理想参数设计
4
滤波器插入损耗IL的定义
在滤波器的设计中，通常用插入损耗来反映使用该滤波 器和未使用前信号功率的损失和衰减程度。插入损耗越大， 表示衰减越多，滤波器的效果越好。
50
+
50 v
50
+
50 滤波器 v
v1
-
v2
-
插入损耗：
0
100 200
100
1 ´10
3
1 ´10
4
1 ´10
5
1 ´10
6
1 ´10
7
1 ´10
8
ff
VdmIL 90.149dB @ f 150kHz

ads设计的滤波器1 课题背景随着信息化浪潮的推进，现代社会产⽣了巨⼤的信息要求，通信技术正在向⾼速、多频段、⼤容量⽅向发展。

⽬前移动通信中所使⽤的主要频率为0.8-1.0GHz，全球GSM频段分为4段，即850/900/1800/1900MHz。

在宽带移动化⽅⾯，IEEE802⼯作组先后制定了WLAN和WiMAX等技术规范，希望能沿着固定、游牧/便携、移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化，常⽤的WLAN通信频段标准为IEEE802.1b/g(2.4-2.5GHz)和IEEE802.11a(5.2-5.8GHz)。

为了在移动环境下实现宽带数据传输，IEEE802.16WiMAX成了宽带移动的主要⾥程碑，促进了移动宽带的演进和发展，2.3-2.4GHz和3.4-3.6GHz频段均被划分为WiMAX的全球性统⼀⽆线电频段。

这正是S波段的应⽤，因此如何研究出⾼性能，⼩型化的滤波器是⽬前电路设计的的关键之⼀。

当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，分布参数不仅可以构成低通滤波器，⽽且可以构成带通和带阻滤波器。

平⾏耦合微带传输线由两个⽆屏蔽的平⾏微带传输线紧靠在⼀起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作⽤，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。

平⾏耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之⼀波长耦合线段构成，它是⼀种常⽤的分布参数带通滤波器。

当两个⽆屏蔽的传输线紧靠⼀起时，由于传输线之间电磁场的相互作⽤，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。

根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为⼩段串联电感和⼩段并联电容。

每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。

单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。

如果将多个单元级联，级联后的⽹络可以具有良好的滤波特性。

滤波器的参数选择与优化滤波器在信号处理中扮演着重要的角色，它可以去除噪声、调整信号的频率特性等。

为了使滤波器的性能达到最佳状态，我们需要选择和优化滤波器的参数。

本文将探讨滤波器参数选择与优化的方法。

一、滤波器参数的选择在选择滤波器参数之前，我们需要明确滤波器的类型和应用场景。

常用的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

根据不同的应用需求，我们可以选择对应的滤波器类型。

1.1 截止频率截止频率是指滤波器开始起作用的频率点，对于不同类型的滤波器，截止频率的选择有所不同。

在选择截止频率时，需要考虑需要滤除的信号部分以及需要保留的信号部分。

如果是低通滤波器，截止频率应该选择在需要保留的低频信号之后；如果是高通滤波器，则应选择在需要滤除的高频信号之前。

1.2 阶数滤波器的阶数决定了滤波器对信号的衰减程度。

阶数越高，滤波器对信号的衰减越大。

在选择阶数时，需要考虑信号的复杂程度以及对滤波的要求。

一般来说，阶数越高，滤波器的性能越好，但也会导致计算量增加和响应时间延长。

1.3 其他参数除了截止频率和阶数外，滤波器还有其他一些参数需要选择和优化，如滤波器类型、滤波器的幅频响应等。

这些参数的选择需要根据具体的应用需求来确定。

二、滤波器参数的优化在进行滤波器参数的优化时，我们可以采用多种方法来实现。

下面介绍几种常见的优化方法。

2.1 极点和零点的调整极点和零点是滤波器的重要参数，它们直接影响滤波器的频率响应。

通过调整极点和零点的位置，可以改变滤波器的频率特性。

极点的位置决定了滤波器的带宽和衰减特性，零点的位置则影响滤波器的幅频响应曲线。

2.2 窗函数法窗函数法是一种常用的滤波器设计方法，它通过选择不同的窗函数来实现滤波器的优化。

常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、黑曼窗等。

通过选择不同的窗函数，可以调整滤波器的频率响应和滤波器的衰减特性。

2.3 频域优化方法频域优化方法是一种基于频谱分析的滤波器参数优化方法。

滤波器与双工器的设计与仿真
雷 振 亚
西安电子科技大学
滤波器的简介

原理：
对电磁波信号进行过滤，让需要的信号通过，
抑制不需要的信号。实际工作中常采用工作衰减
来描述滤波器的幅值特性，即
LA 10 lg P in P L
式中，Pin 为输出端接匹配负载时滤波器输入功率
PL
为输出端接匹配负载时负载吸收功率
1.1 低通原型滤波器
实际中常采用以下四种基本低通原型：
1.
最平坦型低通原型 数学表示式为：
LA ( ) 10lg[1 (
2n ) ] 1
式中满足关系式
LAr 10lg 1
n对应于电路所需级数。
1

1.1 低通原型滤波器
① 参数指标：通带内最大衰减 L Ar，截止频率 1 ，阻 带最小衰减 LAs 以及阻带边频 s 。
换而来。
低通原型综合法，先由衰减特性综合出低通原
型，再进行频率变换，最后用微波结构实现电路
元件。
滤波器的设计

滤波器的设计过程
1.1 低通原型滤波器
集总元件低通原型滤波器是用现代网络
综合法设计微波滤波器的基础。 低通滤波器的理想化衰减-频率特性如图：
图中： 纵坐标表示衰减
横坐标为角频率
ω 0为截止频率
1.4 同轴线滤波器的设计
（2）实际元件数值的计算：
设低通原型电路为电感输入，则在n=1~15
的元件中，n为基数的是电感元件，n为偶数的是 电容元件。求元件的实际数值时，除两终端电阻都 是50欧姆外，对电感元件的归一值要乘以
' R0 1 50 ' R0 1 2 1.971109

滤波器设计中的滤波器阻带和通带的滤波器阻带和通带的零点和极点的选择和分布分析滤波器设计中的滤波器阻带和通带的零点和极点的选择和分布分析滤波器是电子设备中常用的模块，用于对信号进行滤波和频率选择。

滤波器可以通过选择不同的阻带和通带的设计来实现对不同频率信号的抑制或传递。

本文将介绍滤波器中的阻带和通带，并分析零点和极点的选择和分布。

一、滤波器阻带和通带的概念在滤波器中，阻带是指对信号进行抑制的频率范围，通带是指信号可以通过的频率范围。

滤波器的设计目标之一就是确定适当的阻带和通带范围，以实现对信号的处理。

对于低通滤波器而言，通带是从直流到某个截止频率之间的频率范围。

阻带则是在截止频率之后的频率范围，其中低截止频率是通带衰减的起始频率。

对于高通滤波器而言，通带是从某个截止频率到无穷远之间的频率范围。

阻带则是在截止频率之前的频率范围，其中高截止频率是通带衰减的起始频率。

对于带通滤波器而言，通带是位于两个截止频率之间的频率范围。

阻带则是截止频率之前和之后的频率范围。

二、滤波器的零点和极点选择零点和极点是滤波器的重要设计参数，它们的选择对于滤波器的性能和稳定性有着重要的影响。

零点是滤波器传递函数的分子为零的根，极点是滤波器传递函数的分母为零的根。

通过选择适当的零点和极点，可以实现对信号的抑制或传递。

在滤波器设计中，常用的选择零点的方法包括：1. 位于阻带频率附近的零点：选择位于阻带频率附近的零点可以增强对阻带频率信号的抑制效果。

2. 位于通带频率附近的零点：选择位于通带频率附近的零点可以增强对通带频率信号的传递效果。

3. 虚轴上的零点：虚轴上的零点通常用于增加滤波器的稳定性和抑制传递函数的波纹。

极点的选择也有一些常见的方法，如：1. 位于阻带频率附近的极点：选择位于阻带频率附近的极点可以增强对阻带频率信号的抑制效果。

2. 位于通带频率附近的极点：选择位于通带频率附近的极点可以增强对通带频率信号的传递效果。

3. 虚轴上的极点：虚轴上的极点通常用于增加滤波器的稳定性和抑制传递函数的波纹。

使用TX Line之前，在电路原理图中必须设置一个MSUB元件，此元件在Substrates中，MSUB表达的双面板材的各种属性。如果有使用微带线或者带状线，原理图中必须放置Substrates中相应的板材属性元件，告诉放置软件实际做电路板时使用的板材的各种参数，MSUB的参数有板材介质的介质参数、介质厚度（H）、金属线厚度（T）、损耗角正切等。而当使用TX Line计算时，TX Line中各种参数必须与原理图中MSUB的各种相应的参数相同，表示计算出来的数值是在此板材参数条件下的值。由于我们设置的低通滤波器的截止频率为3GHz，因而在计算左右两端的50欧姆特性阻抗的传输线的时候，输入的频率为3GHz，选用的材料是RT/Duroid 5880，介电常数为2.16，而在原理图中的MSUB便需要将介电常数改为2.16，特性阻抗输入50，电长度输入45，单位用deg，因为需要八分之一的波长线，而相应的电长度即是45度；一个完整的工作波长，其相应电长度为360度。
分布参数滤波器实验
1.实验原理
在射频、微波电路中，由于工作频率都很高，因而分立元件的寄生参数效应就变得非常明显。此时的设计工作就需要考虑这些寄生效应，从而使元件值的求解变得相当复杂。当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，则一般使用分布参数元件代替分立元件。在分布参数元件中，又以微带线和带状线最为常用。
3.实验结果
1.分布参数低通滤波器电路图
分布参数低通滤波器S参数图
分布参数低通滤波器S参数优化结果Cost
优化结果为
Cost =0.00530746
2.使用TX LINE工具
微带线特性阻抗公式
微带线
微带线
微带线
微带线
带状线特性阻抗公式
式中：
带状线

七、实验总结
在本次试验中，充分的利用到了学过的知识，进一步复习了低通滤波器的设计及由集总参数电路如何转换为分布参数电路。
通过本次实验，学会了滤波器的基本原理以及基本的设计方法（如巴特沃斯设计方法），并利用其方法及相应的变换规则成功地设计出微带线低通滤波器。
在设计过程中，利用了ADS电路仿真软件，根据实验参数设计出的电路拓扑结构与理论计算结果基本一致，并满足实验要求。根据仿真结果手工制作成实际的电路板，达到实验要求。本次实验理论计算，软件仿真设计，实际手工实践有效地结合在一起，这是一次非常有价值意义的设计实验。
滤波器的设计方法有如下两种：经典方法：即低通原型综合法，先由衰减特性综合出低通原型，再进行频率变换，最后用微波结构实现电路元件。软件方法:先由软件商依各种滤波器的微波结构拓扑做成软件，使用者再依指标挑选拓扑、仿真参数、调整优化。
本次实验要求使用巴特沃斯设计最平坦响应变换过程。（电路采用对称结构）
四、[变换过程]：
五、[电路设计仿真]
利用ADS仿真软件对电路进行集总参数和分布参数设计。在设计向导中输入设计要求参数，向导会自动生成集总参数形势的电路拓扑结构，连接形成仿真电路，进行仿真。观察符合要求后，再次利用向导将集总参数电路转换成分布参数的电路结构，并可以形成集总参数的电路结构模型。
连接成仿真电路，设置频率的起始为100MHz，结束点为4GHz和步长为1MHz。
图4电路结构
利用向导，根据参数设置将电路转化为分布参数的低通滤波器：
图5底层集总电路
对形成的集总参数进行电路仿真，得到的仿真图如下：
图6集总电路S参数曲线
利用相应的变换规则将电路转换成分布参数的电路形式：
图7分布电路
对形成的分布参数进行电路仿真，得到的仿真图如下：

滤波器设计中的滤波器阻带和通带的频率抖动和通带波动的分析在滤波器设计中，频率抖动和通带波动是两个重要的参数，它们直接影响滤波器的性能和效果。

本文将对滤波器阻带和通带的频率抖动和通带波动进行分析，并探讨其原因和对系统的影响。

一、滤波器阻带的频率抖动滤波器阻带的频率抖动是指滤波器在阻带频率范围内出现的频率波动现象。

频率抖动通常由以下几个因素引起：1. 零点位置误差：滤波器的零点是极点的补集，当零点的位置存在误差时，会导致滤波器阻带内的频率抖动。

2. 零点和极点的数量和分布：滤波器的零点和极点数量和分布对频率抖动有重要影响。

如果零点和极点过于密集或者存在分布不均匀的情况，会增加频率抖动的程度。

3. 阻带截止频率的精度：滤波器的截止频率是决定滤波器性能的关键参数之一。

阻带截止频率精度低会导致频率抖动的增加。

频率抖动会对滤波器的性能产生不利影响。

频率抖动越大，滤波器的拒抗特性越差，滤波效果越差。

因此，在滤波器设计中需要注意控制频率抖动的大小。

二、滤波器通带的频率抖动滤波器通带的频率抖动是指滤波器在通带频率范围内出现的频率波动现象。

通带频率抖动的产生原因与阻带的频率抖动类似，但其对滤波器性能和应用的影响略有不同。

频率抖动会导致滤波器在通带内的频率响应不稳定，使得滤波器的传输特性发生变化，从而影响滤波器的准确性和稳定性。

因此，减小通带的频率抖动对于滤波器的设计和性能优化至关重要。

三、滤波器通带的波动滤波器通带的波动是指滤波器在通带频率范围内出现的幅度波动现象。

通带波动通常由以下几个因素引起：1. 滤波器零点和极点的幅度误差：滤波器零点和极点的幅度误差会导致滤波器在通带内出现波动现象。

2. 频率响应不平坦：滤波器的频率响应不平坦会导致通带波动的出现。

频率响应不平坦通常是由于传输函数中存在共振或谐振等现象引起的。

通带波动会导致滤波器在通带内的幅度响应不稳定，使得滤波器的输出信号出现起伏不定的情况。

因此，在滤波器设计中需要控制通带的波动，以保证滤波器的稳定性和可靠性。