集总参数滤波器的设计
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。
3 LC滤波器设计
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)。
低通集总参数匹配网络
低通集总参数匹配网络和四分之一阻抗匹配网络
低通滤波器：
设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：通带截止频率：3GHz。
通带增益：大于-5dB，主要由滤波器的S21参数确定。
阻带增益：在4.5GHz以上小于-48dB，也主要由滤波器的S21参数确定。
通带反射系数：小于-22dB，由滤波器的S11参数确定。
在进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。
S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减全都表现在S21(S12)随频率变化的曲线上。
S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。
滤波器主要原理图
微带线计算工具
设置完变量的原理图
变量设置窗口
微带低通滤波器原理图
S参数仿真电路设置
S21参数曲线图
S11参数曲线图四分之一阻抗匹配网络：。
电磁场与电磁波实验2集总参数滤波器设计
电磁场与电磁波实验实验报告姓名：学号：班级：上课时间：周二10-12节实验名称：集总参数滤波器设计一、实验目的通过此次实验，我们需要熟悉集总参数滤波器软件仿真过程，且通过亲自实验来熟悉 MWO2003的各种基本操作。
本次实验我们需要用到MWO2003的优化和Tune等工具，要求熟练掌握MWO 提供的这些工具的使用方法和技巧二、实验内容与要求内容：通过实验熟悉MWO2003的各种基本操作根据操作步骤完成7级集总参数滤波器设计。
记录所设计的两个总参数低通滤波器的设计结果，要求写清主要实验步骤及需要注意的问题要求：设计一低通滤波器要求如下：1、通带频率范围：0MHz～400MHz2、增益参数 S 21 ：通带内 0MHz～400MHz S 21 >-0.5dB3、阻带内 600MHZ 以上 S 21 <-50dB4、反射系数 S 11 ：通带内 0MHz～400MHz S 11 <10dB三、实验程序与结果四、实验结果分析S11就是2端口接匹配负载时，从1端口向网络内看去的反射系数S21就是2端口接匹配负载时，从1端口到2端口的传输系数S22是1端口接匹配负载时从2端口向网络内看去的反射系数S12是1端口接匹配负载时，从2端口到1端口的传输系数从实验结果可以得到在通带0MHz～400MHz S 21 >-0.5dB阻带内600MHZ以上 S 21 <-50dB反射系数S 11：通带内0MHz～400MHz S 11 <10dB得到的实验结果基本满足实验要求五、实验问题解答与体会问题：1）如果要你设计的是高通滤波器，与前面相比，需要变化哪几个步骤？2）你在优化设计过程中，哪些参量调解对优化结果影响最大？（最敏感）答：1）在添加优化目标时需要对其中两个步骤进行改变，在添加传输系数S21测量量时在低通带需要把Meas>Goal改成Meas<Goal;在高通带时需要把Meas<Goal改成Meas>Goal；在添加反射系数S11测量量时将Meas<Goal改成Meas>Goal；2）在设置变量时c1：C2变量既第四个变量的修改对优化结果的影响最大。
物联网射频识别(RFID)技术与应用-第4章教材
C
R
, RL RS RL
S
'
2019/4/29
1. 低通滤波器原型变换为低通滤波器
将低通滤波器原型的截止频率由1改变为ωc（ωc≠1），
在低通滤波器中需要用ω/ωc代替低通滤波器原型中的ω，
即
c
, 带入低通滤波器原型的串联阻抗
当频率和阻抗都变换时， 低通滤波器的元件值
j L和并联导纳jC中，可确定低通滤波器元件值： jX j jB j
BW 2 1
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0
Q
(4.16)
物联网射频识别（RFID）技术与应用
5.有载品质因数
实际应用中，谐振电路总是要与外负载相耦合，
由于外负载消耗能量，使有载品质因数下降。
无载品质因数、外部品质因数和有载品质因数关
系为
1 1 1 QL Q Qe
(4.19)
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Q
(4.10)
0 L
RLeabharlann (4.11)点击此处结束放映
物联网射频识别（RFID）技术与应用
3.输入阻抗
在谐振频率，电感的感抗和电容的容抗相互抵消，
输入阻抗为
Z in R
在其它频率，输入阻抗为复数。
(4.13)
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.带宽
图4.7 串联谐振电路的带宽 带宽可以由品质因数和谐振频率求得，如果品质因数越 高，则相对带宽越小。
低通滤波器原型也能变换到带通和带阻滤波器响应的情形。
•
图 低通滤波器原型变换到带通和带阻的频率变换
2019/4/29
2024版ADS设计实验教程微波滤波器的设计制作与调试
•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。
10.2.1 集总参数低通滤波器设计向导[共5页]
![10.2.1 集总参数低通滤波器设计向导[共5页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b780410ead51f01dc381f1bb.png)
第10章 集总参数滤波器的仿真
231║
图10.9 从低通滤波器原型到低通、高通、带通和带阻滤波器的变换
10.2 集总参数低通滤波器的仿真
集总参数低通滤波器是由电感和电容构成的，当技术指标不同时，电感和电容的取值也不同，本节学习如何设计集总参数低通滤波器，并给出符合技术指标的集总参数低通滤波器原理图。
10.2.1 集总参数低通滤波器设计向导
ADS 自带了集总参数滤波器设计向导，利用设计向导可以方便地设计出符合技术指标的集总参数低通滤波器。
集总参数低通滤波器设计指标如下。
设计集总参数低通滤波器。
通带频率范围为0～0.1GHz 。
滤波器响应为切比雪夫Chebyshev 。
通带内波纹为0.5dB 。
在0.2GHz 时衰减大于40dB 。
特性阻抗选为50Ω。
下面介绍集总参数滤波器设计向导的使用方法。
1．创建项目
下面将创建一个集总参数滤波器项目，本章所有的设计都将保存在这个项目之中。
创建项目的步骤如下。
（1）启动ADS 软件，弹出主视窗。
（2）选择主视窗中【File 】菜单→【New Project 】，弹出【New Project 】对话框，在【New Project 】 对话框中，输入项目名称和这个项目默认的长度单位，这里项目名称定为LC _Filter ，默认的长度单位选为millimeter 。
集总参数带通滤波器设计向导_物联网：ADS射频电路仿真与实例详解_[共5页]
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第10章 集总参数滤波器的仿真 243║
在30MHz 处，S 21的值为−0.569dB 。
在100MHz 处，S 21的值为−0.175dB 。
在
200MHz 处，S 21的值为−45.472dB 。
由图10.34可以看出，曲线满足技术指标。
图10.34 调谐后的曲线
（12）这时原理图中的电感L1、电容C2和电感L2已经更新为调谐后的值，电感L1、电容C2和电感L2值如下。
L1=89.051 1nH 。
C2=78.357 2pF 。
L2=91.453 8nH 。
10.3 集总参数带通滤波器的仿真
集总参数带通滤波器也是由电感和电容构成的，当技术指标不同时，电感和电容的取值也不同，本节学习如何设计集总参数带通滤波器，并给出符合技术指标的集总参数带通滤波器原理图。
10.3.1 集总参数带通滤波器设计向导
利用集总参数滤波器设计向导，可以方便地设计出符合技术指标的集总参数带通滤波器。
下面介绍利用集总参数滤波器设计向导设计带通滤波器的方法，带通滤波器的设计依旧保存在LC _Filter 项目之中。
集总参数带通滤波器设计指标如下。
设计集总参数带通滤波器。
带通滤波器的中心频率为150MHz 。
通带频率范围为140MHz 到160MHz 。
滤波器响应为最大平滑Maximally Flat 。
通带内最大衰减为3dB 。
在100MHz 和200MHz 时衰减大于30dB 。
特性阻抗选为50Ω。
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集总参数滤波器的设计作者：李艳莉
来源：《硅谷》2012年第21期
摘要：首先介绍集总参数滤波器的设计方法，设计一个集总参数带通滤波器，中心频率为200MHz，带宽20MHz，两个端口的特征阻抗为50Ω，带内插入损耗210MHz处阻带衰减>15dB，利用ADS软件进行仿真和优化。
关键词：集总参数；滤波器；ADS
中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110051-02
0 引言
滤波器是是一种具有频率选择特性的无源器件，从各种不同频率的信号中，滤出有用信号，抑制掉无用或者有害的频率信号。
在无线通信应用技术领域，无源滤波器作为一个重要器件，其指标往往直接影响整个通信系统的性能优劣。
而且随着移动通信、雷达、微波毫米波通信、卫星通信、无线导航等民用、军事电子等各类通信系统的增加，使得电磁环境异常复杂，导致通信系统中的频率资源越来越稀缺，所以通信系统频率间隔也变得越来越密集。
如何在日益稀缺的频率资源内，无失真地取出通信系统所在工作频率需要的信号，抑制其他无用或有害信号，为滤波器提出了更为严格的要求。
随着微波技术和电子器件的发展，各种滤波器层出不穷，但是如何在满足技术指标的前提下尽可能做出体积小、成本低并易于量产的滤波器是工程应用的核心问题。
为了满足上述要求，在百兆微波频段内，集总参数LC滤波器作为首选应用在电子和通信设备中[1]。
1 集总参数滤波器的设计方法
按照对频率成分的过滤特性，滤波器可以分为低通、带通、高通和带阻滤波器四种类型，其中低通滤波器是其他类型滤波器设计的基础，另外三种滤波器可以通过低通滤波器变换得到。
由于不需要内在的推测关系，网络综合法已经取代了传统的镜像参数法，成为了集总参数LC滤波器的主要设计方法[2]。
其主要的设计步骤为：
1）根据技术指标确定所需原型低通滤波器（LPF）的元件个数；根据所需求的滤波特性来得到低通滤波器的结构类型，通过查表得到LPF的阶数N；
2）由LPF的阶数N得出原型低通滤波器的电路结构，然后查表得到归一化低通滤波器电路中各LC器件的值；
3）运用频率和元件变换关系反推出所需类型滤波器的电路结构及其各个元件参数值。
微波通信电路中常用的是带通滤波器，因此本文以带通滤波器（BPF）为例研究集总参数LC滤波器的设计和优化，下面给出由归一化低通滤波器设计带通滤波器的具体步骤如图1所示：
1）设计一个归一化LPF，该滤波器的截止频率和BPF带宽相同；
2）按照LPF和BPF的基本单元，进行元件和电路变换。
按照对应关系将LPF的四种基本构成单元变换成对应的BPF基本单元[3-4]；
3）将设计得到的BPF电路模型建立ADS模型，仿真滤波器的性能曲线，如果指标不能达到要求需要返回第一步对滤波器进行优化，直至指标满足要求为止。
2 带通滤波器的ADS仿真与性能优化
在实际的制作滤波器的过程中，由于理想的滤波器的特性难以实现，因此设计中都是按照某个特定函數形式来设计的，各函数形式各有突出特点，主要反映在截止特性、通带内的衰减特性和相位特性等。
其中切比雪夫型（又称等波纹滤波器）函数形式由于通带内有等波纹起伏，而且截止特性特别好，成了集总参数LC滤波器常用的电路类型。
下面通过ADS软件仿真给出集总参数LC滤波器的设计和优化过程。
2.1 滤波器指标
设计一个三阶切比雪夫型带通滤波器，中心频率为200MHz，带宽20MHz，两个端口的特征阻抗为50Ω。
具体指标为：
带内插入损耗
带内波纹
在f210MHz处阻带衰减>15dB。
2.2 ADS仿真
首先要依据归一化的低通滤波器设计出一个通带宽度等于待设计带通滤波器带宽、特征阻抗等于待设计带通滤波器特征阻抗的低通滤波器，由于待设计带通滤波器的带宽是20MHz，特征阻抗是50Ω，所以这里所要设计的低通滤波器的截止频率应为20MHz，特征阻抗是
50Ω。
带通滤波器基本电路单元中各元件的值可由经验公式计算出来[5]，得到所如图2的三阶切比雪夫型T形归一化低通滤波器ADS仿真模型。
三阶切比雪夫带通滤波器采用标称值电感电容在ADS软件中的仿真结果如图3所示：
从图3中的S21仿真曲线可以看出，设计的三阶切比雪夫滤波器在中心频率200MHz插入损耗较小，达到指标要求，但是整个设计通带内，插入损耗较大，在f220MHz处阻带衰减分别为20.797dB和17.847dB，都大于15dB，且带内波纹
2.3 三阶切比雪夫型带通滤波器的优化
仿真优化能改善射频系统的性能，必须首要改进其各个功能部件的性能指标。
软件仿真是提高工作效率的一条捷径，利用ADS对此电路进行优化，主要对反应通带和阻带的插入损耗和带内波纹的S21进行优化。
其优化仿真结果如图4。
通过图4优化仿真的结果可以看出，该滤波器优化后得到在截止频率190MHz和210MHz 处的插损都分别为0.505dB和0.520dB，和设计要求的0.5dB相差不大，基本符合设计要求，通带内波纹起伏也很小，控制在3dB以内，其整体设计结果基本都满足指标要求。
3 结束语
总结了由归一化低通滤波器设计带通滤波器的方法。
利用ADS仿真软件对滤波器进行设计、仿真、优化，并最终达到设计指标。
参考文献：
[1]薛培鼎（译），LC滤波器设计与制作，北京：科学出版社，2005.
[2]周兰飞、王璟、张玲，一种高频带通LC滤波器的设计方法[J].电讯技术，2008（06）.
[3]刘砚涛、刘玉蓓、尹伟，LC滤波器设计方法介绍及其仿真特性比较[J].电子测量技术，2010（5）.
[4]轩秀巍、董健、滕建辅，LC滤波器设计的优化解析公式[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2009（02）.。