【導(dǎo)讀】LC濾波器作為濾波器的一個重要組成部分，它的應(yīng)用相當(dāng)?shù)膹V泛。此對于它的設(shè)計也受到人們的廣泛關(guān)注。如何設(shè)計利用簡單的方法設(shè)計出高性能。的LC濾波器是人們一直研究的課題。然后把設(shè)計出的電路在軟。濾波器設(shè)計分析工具fdatool設(shè)計出的濾波器進行對比，得出方法的有效性。

　　

【正文】 17)聯(lián)合可知： 0//O LDO LDO LDL L K MC C M KR R R????式 （ 344 ）（ ） 式 （ 345 ）式 （ 346 ） 因此 , L1= C2=, L3= C4= R0=50Ω R5= (5)變換至帶通 由于 ω0=2π?0= 109由圖 所示的 ?型和 П型可得到 ： L11=L1= C11=1/(ω02L1)= C22=C2= L22=1/(ω02C2)= L33=L3= C33=1/(ω02L3)= pF C44=C4= L44=1/(ω02C4)= 最終設(shè)計的圖如圖 所示。 如圖 最終設(shè)計圖 第四章 濾波器的仿真 31 第四章 濾波器的仿真 本文用了 matlab 中 信號處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計分析工具 fdatool（ filter design amp。 analysis tool） 進行了濾波器的簡單設(shè)計 ， 然后用 Electronics Workbench的 Multisim 8對前一章設(shè)計的電路進行了仿真 ， 驗證設(shè)計方法的有效性。 fdatool 工具 的介紹和應(yīng)用 fdatool（ filter design amp。 analysis tool） 是 matlab信號處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計分析工具 ， （ filter design toolbox） 。 fdatool可以設(shè)計幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器 ， 包括 fir和 iir的各種設(shè)計方法。它操作簡單，方便靈活。 fdatool界 面總共分兩大部分，一部分是 design filter，在界面的下半部，用來設(shè)置濾波器的設(shè)計參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。 design filter部分主要分為 [5]： filter type（濾波器類型）選項，包括 lowpass（低通）、 highpass（高通）、 bandpass（帶通）、 bandstop（帶阻）和特殊的 fir濾波器。 design method（設(shè)計方法）選項，包括 iir濾波器的 butterworth（巴特沃思）法、chebyshev type（切比 雪夫 i型）法、 chebyshev type ii（切比雪夫 ii型 ） 法、 elliptic（橢圓濾波器）法和 fir濾波器的 equiripple法、 leastsquares（最小乘方）法、 window（窗函數(shù)）法。 filter order（濾波器階數(shù)）選項，定義濾波器的階數(shù)，包括 specify order（指定階數(shù)）和 minimum order（最小階數(shù)）。在 specify order 中填入所要設(shè)計的濾波器的階數(shù)（ n 階濾波器， specify order＝ n1），如果選擇 minimum order 則 matlab 根據(jù)所選擇的濾波器類型自動使用最小階數(shù)。 frenquency specifications選項，可以詳細定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率 fsLC 帶通濾波器的設(shè)計與性能仿真 32 和頻帶的截止頻率。它的具體選項由 filter type選項和 design method選項決定，例如bandpass（帶通）濾波器需要定義 fstop1（下阻帶截止頻率）、 fpass1（通帶下限截止頻率）、 fpass2（通帶上限截止頻率）、 fstop2（上阻帶截止頻率），而 lowpass（低通）濾波器只需要定義 fstop fpass1。采用窗函數(shù)設(shè)計濾波器時，由于過渡 帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定的，所以只需要定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。 magnitude specifications選項，可以定義幅值衰減的情況。例如設(shè)計帶通濾波器時，可以定義 wstop1（頻率 fstop1處的幅值衰減）、 wpass（通帶范圍內(nèi)的幅值衰減）、 wstop2（頻率 fstop2處的幅值衰減）。當(dāng)采用窗函數(shù)設(shè)計時，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為 6db，所以不必定義。 window specifications 選項，當(dāng)選取采用窗函數(shù)設(shè)計時，該選項可定義，它包含了各種窗函數(shù) 關(guān)于用 fdatool 工具的仿真過程，這里由于篇幅原因，不再多講，如果有需要可以參考比較詳細的介紹 fdatool 工具用法的書籍。 按照指標設(shè)計濾波器：首先在 filter type 中選擇 bandpass（帶通濾波器）；在design method 選項中選擇 chebyshev type i（切比雪夫 i 型）法；指定 filter order 項中的 minimum order；選定單位為 MHz， 給出 fs=1800、 fstop1=450、 fpass1=、fpass2=、 fstop2=550， 設(shè)置完以后點擊 design filter 即可得到所設(shè)計的 fir 濾波器。通過菜單選項 analysis 可以在特性區(qū)看到所設(shè)計濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng) 。圖 和圖 是它 所設(shè)計濾波器 的幅頻 響應(yīng)和相頻響應(yīng)。 圖 濾波器的幅頻響應(yīng) 第四章 濾波器的仿真 33 圖 濾波器的 相頻響應(yīng) Multisim 8 的介紹及應(yīng)用 MultiSIM8是加拿大圖像交互技術(shù)公司（ Interactive Image Technoligics簡稱 IIT公司）推出的繼 。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展 設(shè)技的要求。因此 IIT公司從 ，將專用于電路級仿真與設(shè)計的模塊干脆更免為 multiSIM，意有萬能仿真之功能。 MultiSIM8在保留了 EWB以往版本形象直觀等諸多優(yōu)點的基礎(chǔ)之上，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，同時還大大擴充了元件庫中仿真元件的數(shù)量，特別是增加了若干個與實際元件相對應(yīng)的建模精確的真實仿真元件模型，使得仿真設(shè)計的結(jié)果更精確、更可靠。 之前有（ ） MultiSIM2020，如今有了 MultiSIM8， 當(dāng)前常用的是 ， ，適用于大多電子電路的模擬、數(shù)字仿真，讓人更加欣喜的是可以仿真 FPGA、 CPLD、 DSP。下面介紹它的一般應(yīng)用，詳細的使用可以參考相關(guān)書籍。 電路 的創(chuàng)建 (1)元器件操作 元件選用：打開元件庫欄，移動鼠標到需要的元件圖形上，按下左鍵，將元LC 帶通濾波器的設(shè)計與性能仿真 34 件符號拖拽到工作區(qū) 。 元件的移動：用鼠標拖拽。 元件的旋轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)制和刪除：用鼠標單擊元件符號選定，用相應(yīng)的菜單、工具欄，或單擊右鍵激活彈出菜單，選定需要的動作。 元 器件參數(shù)設(shè)置：選定該元件，從右鍵彈出菜單中選 Component Properties可以設(shè)定元器件的標簽（ Label）、編號（ Reference ID）、數(shù)值（ Value）和模型參數(shù)（ Model）、故障（ Fault）等特性。 說明： ① 元器件各種特性參數(shù)的設(shè)置可通過雙擊元器件彈出的對話框進行； ② 編號（ Reference ID）通常由系統(tǒng)自動分配，必要時可以修改，但必須保證編號的唯一性； ③ 故障（ Fault）選項可供人為設(shè)置元器件的隱含故障，包括開路（ Open）、短路（ Short） 漏電（ Leakage）、無故 障（ None）等設(shè)置。 (2)導(dǎo)線的操作 主要包括：導(dǎo)線的連接、彎曲導(dǎo)線的調(diào)整、導(dǎo)線顏色的改變及連接點的使用。 連接：鼠標指向一元件的端點，出現(xiàn)小 圓 點后，按下左鍵并拖拽導(dǎo)線到另一個元件的端點，出現(xiàn)小 圓 點后松開鼠標左鍵。 刪除和改動：選定該導(dǎo)線，單擊鼠標右鍵，在彈出菜單中選 delete。 或者用鼠標將導(dǎo)線的端點拖拽離開它與元件的連接點。 說明： ① 連接點是一個小圓點，存放在無源元件庫中，一個連接點最多可以連接來自四個方向的導(dǎo)線，而且連接點可以賦予標識； ② 向電路插入元器件，可直接將元器件拖曳放置在導(dǎo)線上，然后 釋放即可插入電路中。 (3)電路圖選項的設(shè)置 Circuit/Schematic Option對話框可設(shè)置標識、編號、數(shù)值、模型參數(shù)、節(jié)點號等的顯示方式及有關(guān)柵格（ Grid）、顯示字體（ Fonts）的設(shè)置，該設(shè)置對整個電路圖的顯示方式有效。其中節(jié)點號是在連接電路時， EWB自動為每個連接點分配的。 (4)波特圖儀 波特圖儀類似于實驗室的掃頻儀，可以用來測量和顯示電路的幅度頻率特性和相位頻率特性。波特圖儀的圖標和面板如下圖所示。 波特圖儀有 IN和 OUT兩對端口，分別接電路的輸入端和輸出端。每對端口從左到右分別為 +V端和 V端，其中 IN端口的 +V端和 V端分別接電路輸入端的正端和負端， OUT端口的 +V端和 V端分別接電路輸出端的正端和負端。此外在使用波特第四章 濾波器的仿真 35 圖儀時，必須在電路的輸入端接入 AC（交流）信號源，但對其信號頻率的設(shè)定并無特殊要求，頻率測量的范圍由波特圖儀的參數(shù)設(shè)置決定。 仿真 按照圖 連接電路，然后用加入 AC（交流）信號，利用 波特圖儀進行電路的 幅頻和相頻特性研究，圖 為設(shè)計濾波器電路的電路連接圖，圖 為設(shè)計濾波器電路的相頻特性曲線，圖 為設(shè)計濾波器的幅頻特性曲線，圖 和圖 為 400MHz700MHz 的幅頻特性曲線，為了更明確的說明問題，在圖中分別標明了幾個和指標對應(yīng)的頻率點，可以看出雖然通帶內(nèi)沒有圖 所示的那樣理想，但還是基本上達到了指標所要求的指標。 圖 電路連接圖 圖 相頻特性曲線 LC 帶通濾波器的設(shè)計與性能仿真 36 圖 幅頻特性曲線 圖 400MHz700MHz 的幅頻特性曲線 圖 400MHz700MHz 的幅頻特性曲線 結(jié)束語 37 結(jié)束語 本文設(shè)計 LC 濾波器的方法比較簡單，對于剛接觸這方面的可以作為參考。本文所設(shè)計的濾波器僅僅 停留在軟件仿真上，實際按照文中的數(shù)據(jù)設(shè)計可能會有出入。會產(chǎn)生出入的原因主要是在 500MHz 這樣高的頻率下，電容器的寄生電感是不能忽略的。構(gòu)成濾波器的諧振電路中， LC 串聯(lián)諧振電路的電容器寄生電感的影響，可以通過預(yù)先減小諧振電路中的線圈電感值來予以消除。而另一方面．寄生于 LC 并聯(lián)電路的電容器上的電感，則會對濾波器特性帶來很大影響。 為了制作出接近于仿真特性的濾波器，要盡量選用寄生電感量小的電容器，但電容器的寄生電感量不可能是零。因此，在制作電容器寄生電感量不能忽略的頻段中的濾波器時，如果想要得到接近于仿真特性的 濾波器特性，就要使含有電容器寄生電感的 LC 并聯(lián)諧振電路的諧振頻率準確地與幾何中心頻率相重合。 本文的主要成果： （ 1）本文根據(jù)給定的課題，選定采用具有切比雪夫響應(yīng)的濾波器歸一化低通原型進行設(shè)計 LC帶通濾波器，在設(shè)計切比雪夫型低通濾波器的時候，是以切比雪夫歸一化低通濾波器的設(shè)計數(shù)據(jù)為基準濾波器，把它的等起伏帶通截止頻率和特征阻抗的值，變換成待設(shè)計濾波器的等起伏帶寬截止頻率和特征阻抗的值。比傳統(tǒng)的模擬濾波器的設(shè)計數(shù)值計算要簡單。 （ 2）在低通到帶通的變換過程中，采用前人總結(jié)的基本模型進行變換，減少了計算量。 （ 3）完成濾波器的兩種仿真，并和實際要求的濾波器的指標進行對比，驗證了方法的有效性。 （ 4）考慮了實際實現(xiàn)濾波器過程中的一些問題，并對其進行了分析。 由于水平和時間的限制，本文所達到的研究水平是極其有限的，還有很多工作需要更深入的探討和完善。 LC 帶通濾波器的設(shè)計與性能仿真 38 致謝 39 致謝 本文是在白麗娜老師的精心指導(dǎo)下完成的。從論文的開題到最終完成，她都給予了極大的關(guān)懷和幫助，并提出了寶貴的意見。值此論文完成之際，我以誠摯的心情向她表示衷心的感謝。 感謝我身邊一直支持和幫助我的朋友們。在 他們的支持、鼓勵和幫助下，我度過了非?？鞓?、幸福、充實的大學(xué)生活，讓我收獲不少。 感謝西安電子科技大學(xué)提供了很好的學(xué)習(xí)和生活條件。 再次感謝所以關(guān)心、幫助過我的老師、朋友和親人，謝謝你們?yōu)槲易龅囊磺小? LC 帶通濾波器的設(shè)計與性能仿真 40 參考文獻 41 參考文獻 [1] 黃席椿，高順泉 .濾波器綜合法設(shè)計原理 .北京：人民郵電出版社， ， 271. [2] 遠坂俊昭 [日 ].測量電子電路設(shè)計 — 濾波器篇 .北京：科學(xué)出版社， . [3] 森榮二 [日 ].LC 濾波器設(shè)計與制作 .北京：科學(xué)出版社， . [4] 哈里 YF 拉姆 .模擬和數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn) .北京：人民郵電出版社， . [5