分布参数滤波器设计
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。
实验四 微带短截线低通滤波器的设计
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
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。
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。
实验四微波射频带通滤波器设计
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 )
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)。
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
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。
X波段截止频率微带滤波器的设计
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
杭州电子科技大学
《通信天线实验》
课程实验报告
实验三:分布参数滤波器设计
2016年11 月10日
实验名称：分布参数滤波器设计
1.实验目的
1）熟悉微带线电路和带状线电路的仿真过程和注意事项，理解微带线、带状线的特性和各种参数指标，熟悉微带线、带状线的各种分布参数元件的使用。
2）本次实验我们需要用到MWO2008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。
3）本次实验我们需要用到TX Line工具，需要熟练掌握MWO提供TX Line 的使用方法和技巧。
2.实验内容
a.设计一个分布参数低通滤波器
b.设计一低通滤波器要求如下：
1、使用微带线电路或者带状线电路实现
2、指标：
* 截止频率为3GHz；
* 通带内增益大于-5dB；
* 阻带内4.5GHz以上增益小于-50dB;
* 通带内反射系数要求小于-25dB。
3.实验步骤
1）设置仿真的频率范围和间隔，设置全局变量的单位。
2）创建一个原理图，在原理图中放置5个MLEF，然后使用MLIN对开路线进行连接，添加一个MSUB元件，得到实验电路图。
3）确定MSUB（基板）参数，在tools下拉菜单中点击txline，确定MLIN的宽度w和MLEF 的长度L。
4）添加测量参数
5）设置优化目标参量
6）优化目标的单位确认（三个优化目标都要
确认）
7）设置变量为可优化可调谐
8）运行结果
4.实验结果
a.电路图
b.低通滤波器实验结果图：
c.优化过程
5.问答题
1）如果要你设计的是高通滤波器，与前面相比，需要变化那几个步骤？
由于微带电线的特性阻抗与其线长线宽有关，随之而呈感性或者容性，因此利用原来的电路原理图，通过优化线长线宽，即可实现高通滤波器设计。
具体做法如下：
1.修改电路原理图中的微带开路线；
2.优化目标的设置和修改。
2）你在优化设计过程中，那些参量调解对优化结果影响最大？（最敏感）其中w4和w5对实验结果影响最大，他会使图形的形状改变最大。
改变图形如下：。