低通滤波器的设计

低通滤波器的设计一、设计目的1、了解滤波器设计理论基础。2、掌握滤波器设计软件FilterSolutions使用方法。3、掌握无源滤波器设计及测试方法。二、设计要求1、采用FilterSolutions设计低通滤波器。2、低通滤波器的参数如下：（1）通带截止频率fc=20MHz（2）阻带截止频率fs=22MHz（3）通带最大衰减L1=-1.01db（4）阻带最小衰减L2=-60db三、设计工具Filtersolutions2011四、设计原理1、椭圆滤波器（Ellipticfilter）：这是在通带和阻带等波纹的一种滤波器。椭圆滤波器相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。它在通带和阻带的波动相同，这一点区别于在通带和阻带都平坦的巴特沃斯滤波器，以及通带平坦、阻带等波纹或是阻带平坦、通带等波纹的切比雪夫滤波器。（1）首先看看巴特沃斯滤波器的频响特性：巴卷沃思离派器不同聊瓠的出柯

可以看出巴特沃斯的通带和阻带都十分平缓。接下来是切比雪夫滤波器频响曲线：切比雪夫滤波箫不向囹•数豹比废0020.43.6D.81.21』'.518看得出来，切比雪夫是阻带平稳，通带等波纹。接下来是椭圆滤波器：机圆滤波表不同阶兹州比较002040.600112141.61022、椭圆函数滤波器特点：三种滤波器中，椭圆滤波器的过渡带最窄，但通带和阻带都是等波纹的，也就是说过渡带的特性是由牺牲阻带和通带的稳定性换来的。而对于相同的性能要求，它所需要的阶数最低。对于模拟椭圆滤波器，振幅平方函数为：I""jUI=1喜必(哗)式中RN(W,L)为雅可比椭圆函数；L是一个表示波纹性质的参量。其特性曲线如下图所示。国1N=5时；^盘目的特柱曲绶可以看出，在归一化通带内，雅可比椭圆函数在(0,1)之间振荡，而超过Q之后，R在(L”2,8)之间振荡，这一特点使得滤波器同时在通带和阻带具有任意衰减量。下图是典型的N为奇数的椭圆滤波器的幅度特性:由于模拟滤波器的设计方法非常成熟，许多典型系统有成熟的公式、图表可以查阅，便于设计。五、设计步骤1、确定滤波器类型：通过设计原理我们可以知道，椭圆函数拥有最小的过渡带，同时可以用最小的阶数实现各类指标要求。由涉及内容我们知道，要求设计的滤波器过渡带很小，所以我们初步选择椭圆函数滤波器。2、确定滤波器的各种参数和控制条件：阶数的确定：我们考虑到过渡带很窄，所以将阶数调整到10,发现可以完成并且有阻带余量。考虑到电路的可实现性，我们又把阶数调整到8,发现阻带衰减达不到60db，最后我们把阶数调整到9,发现刚好满足要求。也就是说，能满足要求的最低阶数是9。具体操作:

通带频率设为20M,同时通带波纹设置为1.01db，也就是说波动在1.01db以内。阻带截止频率设置为22MHz。我们把阻带波纹设置为48%，因为阻带波纹变小的同时，通带波纹会变大，而我们更重视的是通带，所以把阻带放在次要位置。最后设置阻带衰减为60db。参数和控制条件截图如下：FitterGaussiariBesselOBliterwoniiLegendreCh^yihevI匚|^辆yii£LMcCusMroRaisedFitterGaussiariBesselOBliterwoniiLegendreCh^yihevI匚|^辆yii£LMcCusMroRaisedCusMatchedDel强8「I仪^皿'RStandardP^ssiBandAlt&n■Jw*I—i口I[9^Ordsi1「nP日驻Ripple(dB]|20M~PastBsndFreq%qpBandHaloE|FreqOMem(cB)StopBandFreqpCenstdctRippleESg胃-%ofBand■'*PgLjStGpOB^hDelayEqudizeImpl日mentalionFLunnpe:"DistribrAcbvslS^CapCDqi'alFrequencyRespTimeResponseSParame^eisV-r..-'jr顷,rPcteZeioPlolsfJvSG白炳应IdealFillerResponseLumpmlDesign思]1砒Eitsw夏中咱ResV1stEfeSeries|5LLoadResriMihlnduclort[BiidgcJFketClass饵LowPasstJHighPassDiplexer1BtfldPassBandStopDiplexer2FreqScdeRad/SecHHertzpLugGd^phLimb110MHzI5OMH2[CMiniFreqFreqMinTimeMa^TimeCample*TermnatBZercKSequencing号n出e血e：FHter|E<<J-IcdoImwIPwssiicslK、实验结果1、频域曲线:截止频率20M，22M还有-1.01db和-60db都符合要求。阻带波纹较大。|[峭帷jjCopy]Urn悟]TgMt|Fi|[峭帷jjCopy]Urn悟]TgMt|Fi毕蜩目Map口Phase匚Gip口el驶I*dBpDegISinihFPoUrTU&JUFi1112272019161fl22224262.BFrequency(Hz)ContinuousFrequencyResponsehiB^mtude(dB)10MtULuunl^Ana1Ddu9i|hOrde-rLowPassElhplic2、时域波形:tfnrtUwMekud"ShnCirKa-DasSthOdfrLawPassElkptlcTime(Sec)TUBJun1112.3020103、StfnrtUwMekud"ShnCirKa-DasSthOdfrLawPassElkptlcTime(Sec)TUBJun1112.3020103、S参数曲线:S参数中的S21实际上就是传输曲线。521idBiFrequency(Hz)KeJun11123220194、电路图:9thOrderLowPassElliptic£1dpBandHb6d菖1.05SlopBandFrequency叩21.MNHzSig日BifidA-Henuarhotfi■-60司日PawBandFneqius-nry=2000WHzPaa*BandRgple*1.Q1fflEquanpp暗Uqh玷1*旧1时*4$%ofPasahard[50OO口-^VWCcndVJrPnHbP*斥SwrCmcLFur*||T诵Bfi|F壮ContinuousTr^nsferFunction6辑场『的、矿*6财**22§*更混6&*3»■矿“瓣套咱5寸7炒#】5’*FB63*-HJ7'5r*&09&»*16-s'*330Bt*2^'5,*939FS*32'5'*4>7+257e*56L3'*19W0^-S*3393e*F19thOrderLowPassEllipticPUdiAfeMFdMMCT"2400MH3Attd■ISLw^plrt"+4^1e・tHbpB«nd*■■■iiim■醉■七、设计中遇到的问题1:对滤波