集总参数滤波器设计
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。
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。
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 )
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。
基于ADS的集总参数带通滤波器的优化设计
基于ADS的集总参数带通滤波器的优化设计作者：杨柱朱倩倩艾治余王攀赵小平来源：《山东工业技术》2014年第14期摘要：滤波器在通信系统中应用较为广泛，利用滤波器的选频作用，可以滤除通信中的干扰噪声或测试中进行频谱分析。
本文利用ADS软件设计一款带通滤波器，并对其进行优化和瞬态仿真分析。
经过分析得出，在满足其他各项设计指标要求的前提下，优化后的滤波器选频特性得到明显提高。
关键词：带通滤波器；ADS；优化仿真；瞬时仿真1引言在现代通信系统中，滤波器的应用领域很广泛，如电视频道信号的选取，多音响装置的频谱分析器等，滤波器作为无线通信应用领域的一个重要器件，其性能指标往往直接影响到整个通信系统的优劣，伴随着移动通信、雷达、卫星通信等各通信系统的增多，电磁环境逐渐异常复杂化，从而使得通信系统中频带资源愈发短缺，导致频率间隔变得越发密集。
怎样无失真的从逐渐短缺的频带资源内获取所需的信号并抑制其他无用或有害的信号，为滤波器的设计提出了苛刻的要求。
虽然各滤波器在电子器件和技术的飞速发展的推动下层出不穷，但怎样制造小体积低成本易加工量产并满足指标要求的滤波器渐渐成为工程应用中的核心问题，集总参数滤波器以其自身优势作为首选应用在通信系统和设备中。
集总参数是指当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个理想R、L、C元件来加以描述的电路参数。
集总参数带通滤波器是指由集总参数元件构建的滤波器，其特性由构建此带通滤波器的集总参数元件值来确定。
本文阐述了利用ADS（ Advanced Design System ）软件设计带通滤波器的方法、流程以及仿真过程，结合带通滤波器的一般原理和最小二乘误差法，以期寻找一种更为通用的、频带高度利用和相邻信道低干扰的带通滤波器的设计方案，同时给出其仿真结果。
2 工作原理带通滤波器[5]是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。
ADS教程第6章
ADS教程第6章实验六、滤波器：设计指导、瞬态和矩量法仿真概述这节将说明在ADS中创建滤波器和使⽤瞬态仿真器的基本操作。
设计指导是⽤来构建⼀个集总元件滤波器，矩量法（Momentum）是⽤来测试微带滤波器。
任务●运⽤设计指导构建⼀个200MHz中频低通集总参数滤波器●构建⼀个1.9GHz射频带通微带滤波器●在微带滤波器中完成瞬态分析●⽤矩量法（Momentum）仿真微带滤波器●选学——DAC（数据通路元件）练习⽬录1.改变项⽬，开始运⾏设计指导 (96)2.放⼊⼀个LPF（低通滤波器）Smart元件并设计滤波器 (97)3. 1.9GHz微带带通滤波器 (99)4.在微带滤波器中的瞬态分析 (101)5.在电路版图（layout）中进⾏矩量法（Momentum）仿真 (104)6.选作：数据通路元件（Data Access Component）的阻抗响应 (110)步骤1.改变项⽬开始运⾏设计指导。
以下步骤将说明⼀个设计指导怎样既快速⼜准确地⽣产⼀个滤波器。
其⽅法与E-syn类似，但对期望的响应和拓扑结构有更多的选择和更强的控制。
a．进⼊ADS主窗⼝，然后点击File>open Project。
b．如果你被提⽰保存所有你当前的⽂档，选择Y es to All，然后打开你先前的任务system_prj。
c．新建⼀名为filter_lpf的原理图。
d．确认该原理图是当前你的屏幕上唯⼀打开的原理图。
现在我们将通过以下三个步骤开始该过程。
●点击命令DesignGuide >Filter。
●出现对话框后，选择Filter Control Window并点击OK。
然后找到新窗⼝Filter DesignGuide。
在下⼀步，你从⾯板放⼊⼀个smart元件之后该窗⼝将被激活。
在滤波器设计指导控制窗⼝中点击Component Palette —All图标（如xia下图所⽰）。
在你的原理图窗⼝中会⽴即出现元件⾯板。
LC滤波器
LC滤波器系列采用集总混合参数设计，具有体积小、重量轻、性能稳定可靠等特点
LC滤波器也是无源滤波器，是抑制滤波的一种传统、常用的方法。是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联使用。这种方法即可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。
需要说明的是，手机中的很多滤波器，如射频滤波器、一中频滤波器、二中频滤波器、发射滤波器等均已模块化。而不再是由简单的分立元件组成。
RC、LC还可以组合成许多电路，如选频放大电路、低频补偿电路、高频补偿电路、积分电路、微分电路、移相电路、陷波器等，这里不再一一分析。
利用电感、电容和电阻的组合设计构成的电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；无源滤波器又称LC滤波器，单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器
L代表电感，C代表电容，他们组成的滤波器叫LC滤波器，具体还有串并联之分！
LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置，之所以称为无源，顾名思义该装置不需要提供电源，装置由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要，其具有结构简单、设备投资少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，应用很广泛。LC滤波器又分为单调谐滤波器、高通滤波器、双调谐滤波器及三调谐滤波器等几种。
(4)不同的Q值有不同的曲线，Q值大的曲线尖锐。在谐振频率扔处，网络阻抗为最大。当信号频率f高于或低于扔时，网络的阻值均下降，且信号频率f偏差f0愈多，网络阻抗愈小。
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杭州电子科技大学
《通信天线实验》
课程实验报告
实验二:集总参数滤波器设计
集总参数滤波器设计：
1.实验目的
1、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，且通过亲自实验来进一步熟悉MWO2003的各种基本操作。
2、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。
2.实验内容
设计一个九级集总参数低通滤波器，要求如下：
通带频率范围：0MHz～400MHz ，
增益参数S 21 ：通带内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
结构如下所示：
首先可以新建一个Project和一个电路原理图文件。
然后在开始其他工作之前，先对此Project进行总体的属性设置，选择Project Options，点击Global Units 页面，由于我们工作频率为400MHz，而软件默认的频率单位为GHz，因此需要改为MHz，其他采用默认值。
在工作之前需要先将用到的各种单位改到合适此Project的单位值。
然后点击Frequency Values页面进行仿真频率范围设置。
我们仿真的频率范围选择0～1000MHz，Step输入10MHz，然后点击“Apply”按钮，在左边的窗口中便出现相应的仿真频率点。
设置完后，选择“确定”退出。
接着在原理图中，依次放置五个电感和四个电容构成9级的集总参数滤波器。
由于需要使用软件的优化功能来自动搜索相应元件的值，因此我们在原理图中添加了四个变量。
如图所示L1,L2,C1,C2，初始赋值都为40。
并且将此四个变量分别赋值给相应元件的元件值。
那么当变量改变时，电路
中各个元件的值也相应发生改变。
电路原理图完成后，需要新建一个输出方框图，来输出仿真结果曲线。
并且在输出的Graph中添加S21和S11两个测量参数。
为添加测量参数S21对话框，并且选中右下角的DB复选框，使测量参数以DB为单位。
对S参数来说，S21表示电路网络的增益而S11表示电路网络的反射系数,由于这是一个对称网络，使得S21和S12相等、S22和S11相等，因而测量S12和S22也可以。
在优化之前，先加入优化目标，对S21和S11两个测量参数进行约束。
按照实验要求，需要添加①0～400MHz，S21>-0.5dB ②600MHz以上，S21<-50dB ③0～400MHz,S11<-10dB三个优化目标。
设置完之后将变量设置成可优化、可调节。
然后便可以使用仿真计算了。
计划算完成后可以观察输出Graph1。
最后对结果进行优化，在优化对话框中选择Random（Local）算法，点击“Start”按钮。
在优化的时候，你可以将Graph调到最上端显示，以便可以看到参数曲线的实时变化。
优化完毕后，曲线基本符合要求，此时需要使用Tune工具。
打开Tune窗口后，分别移动四个变量的游标进行调节，一直到参数符合要求为止。
3.实验结果
4.思考题
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？
在集总参数设计电路中，电容通高频阻低频，电感通低频阻高频，正是因为电感电容所起的作用不同，因此可以将低通滤波器原理图中的电感换为电容、电容换为电感。
其次频率变化范围应该变得很大，在设置增益参数时，需要在高频率部分设置得比较大，在低频部分比较小，在设置反射系数的时候，也得做相应的变化。
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）将微调中的各项调到max值后，检测、记录各项cost值，其中C1、C0、L1、L2这几个参量调节后的结果影响较大。