滤波器设计软件选择指南 设计软件, 滤波器

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作者：Jack Browne

微波滤波器是最重要的高频元件之一，主要用于实现从通信到雷达系统等众多应用中的信号隔离。高频滤波器有许多形状、尺寸和响应类型，包括带通、带阻、低通和高通滤波器。这些滤波器从概念上说可能非常简单，但一个滤波器设计的性能受许多参数的影响，这些参数包括从传输线的宽度到印刷电路板(PCB)压层的介电常数和耗散因数的一致性等广泛种类。

幸运的是，在高频元件领域，计算机辅助工程(CAE)软件的支持就像射频/微波滤波器一样十分丰富，市场上有各种各样的CAE工具，其中许多还是免费的。

所有大型的CAE软件设计工具“套件”，比如安捷伦科技公司(Agilent)的Advanced Design System(ADS)、AWR公司的Microwave Office和CST公司的CST Studio Suite 2011，都能提供线性电路仿真、电磁(EM)仿真和电路优化工具等组合功能，从而满足采用包括微带线、带状线、共面波导和波导在内的各种传输线技术设计微波滤波器的需要。

上述许多套件都包含专用于滤波器设计的工具。举例来说，ifilter就是集成在AWR公司Microwave office套件中的一种滤波器综合模块。ifilter具有直观的用户界面，支持种类广泛的滤波器设计，其中包括集总元件和分布式滤波器类型设计。

电磁仿真软件也是用于设计微波滤波器的强大工具，这样的软件程序有来自Sonnet Software公司的Sonnet Suites、来自安捷伦科技的Momentum、来自AWR公司的AXIEM等，它们都支持具有各种响应的高频滤波器的设计。ANYS公司的有限元件电磁软件(现在的版本是13.0)一直被广泛用于从仿真模拟、音频、数字和微波滤波器到整个生物医学系统的各个方面。Cadence Design Systems公司提供的建模工具不仅能用于滤波器设计和PCB版图设计，还能用于分析每个设计的制造良率。

明导资讯公司(Mentor Graphics)的IE3D电磁设计与验证程序可以用于滤波器设计以及包括单片微波集成电路(MMIC)在内的更高层电路的设计。包括aXieM和Sonnet Software公司的Sonnet Lite在内的许多电磁仿真工具都可免费提供，也有的提供试用版，今后可以升级为全功能版。

除了软件外，许多滤波器CAE供应商还提供将他们的工具用于特定滤波器时的设计指南。例如，CST公司网站上发表有一篇免费的应用文章，详细介绍了一款波导滤波器的设计方法。这种滤波器(见图)的通带从7.9GHz至8.4GHz，主要用于军事X波段的卫星通信(satcom)。



图：这种波导滤波器设计适用于X波段军事卫星通信系统。

Filpro是一款模块化滤波器设计软件，可以处理事实上所有类型的集总元件和分布式滤波器、多种复用器和耦合结构器件。Filpro整合了技术文献中报告的几乎所有的综合和电路转换技术，并将它们作为可编程的模块使用。一个设计所需的所有技术都可以从不同的工具盒中选取，并根据需要进行链接。由于采用了这种新的技术，Filpro软件可以简单地通过增加更多的模块来解决新的问题。

Filpro软件包含有一个综合菜单用于启动设计，也允许用户通过修改内置的基于各种低通、高通、带通与带阻切比雪夫和巴特沃斯响应的LC原型进行滤波器设计。通过用实际反相器替换理想反相器、用要求的集总－分布式实际等效电路代替谐振器就可以生成等效的滤波器。Filpro可以根据综合工具盒(菜单)完成电路转换。该软件还包括大量经过编程、存储的转换设计。

ALK Engineering公司的PCFILT和S/FILSYN是一对功能强大的滤波器设计程序。LCLAYOUT则是一款低成本的画图程序，用于由PCFILT或S/FILSYN设计程序设计的LC滤波器。LCLAYOUT可以为使用空芯线绕电感和在氧化铝或PTFE上生成的单层电容搭建的电路提供原理图。

除了先进的软件套件和功能强大的电磁仿真工具外，业界还推出了大量低成本和免费的软件工具用于设计滤波器，而且许多工具都提供设计案例。Circuit Sage公司不仅为模拟和数字滤波器提供广泛的在线设计工具清单，而且提供了许多针对模拟和数字滤波器设计的在线应用笔记和技术论文。

FilterCAD是凌力尔特公司(Linear)推出的一款免费设计程序，有助于创建基于该公司集成电路(IC)的滤波器。FilterCAD可以用来设计具有各种响应的低通、高通、带通和陷波滤波器，包括巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫和定制响应等。

Raltron公司在其网站上提供了一款简单的在线带通滤波器设计工具，该工具可以在给定对象阻抗水平、频率和要求的加载品质因子(Q)条件下计算出带通滤波器的理想元件值(C1、C2、C3、L1、L2和L3)。

Tonne Software公司的学生版Elsie滤波器设计软件是免费的，包含在ARRL手册中。通过购买195美元的密钥可以升级为专业版。Elsie可以用于集总元件滤波器和网络的设计，并且支持从音频直到微波的频率范围。

AppCAD是一款更为流行的免费工具，最初是由惠普公司(Hewlett-Packard)即现在的安捷伦科技开发的。3.0.2版本的射频与微波AppCAD可以从网站免费下载。这款工具提供了有用的S参数分析例程，包括用于分析滤波器响应的函数。

最后，Nuhertz Technologies公司也为滤波器提供了多款设计工具，包括QuickFilter和Filter Solutions。这家公司还提供免费版的Filter Solutions，起名为Filter Free。这些工具可以用于设计有源和无源滤波器、集总元件射频滤波器和数字滤波器。