如何為濾波器設(shè)計(jì)選擇軟件

微波濾波器是最重要的高頻元件之一，主要用于實(shí)現(xiàn)從通信到雷達(dá)系統(tǒng)等眾多應(yīng)用中的信號(hào)隔離。高頻濾波器有許多形狀、尺寸和響應(yīng)類型，包括帶通、帶阻、低通和高通濾波器。這些濾波器從概念上說(shuō)可能非常簡(jiǎn)單，但一個(gè)濾波器設(shè)計(jì)的性能受許多參數(shù)的影響，這些參數(shù)包括從傳輸線的寬度到印刷電路板（PCB）壓層的介電常數(shù)和耗散因數(shù)的一致性等廣泛種類。

幸運(yùn)的是，在高頻元件領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件的支持就像射頻/微波濾波器一樣十分豐富，市場(chǎng)上有各種各樣的CAE工具，其中許多還是免費(fèi)的。

所有大型的CAE軟件設(shè)計(jì)工具“套件”，比如安捷倫科技公司（Agilent）的Advanced Design System（ADS）、AWR公司的Microwave Office和CST公司的CST Studio Suite 2011，都能提供線性電路仿真、電磁（EM）仿真和電路優(yōu)化工具等組合功能，從而滿足采用包括微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo)和波導(dǎo)在內(nèi)的各種傳輸線技術(shù)設(shè)計(jì)微波濾波器的需要。

上述許多套件都包含專用于濾波器設(shè)計(jì)的工具。舉例來(lái)說(shuō)，ifilter就是集成在AWR公司Microwave office套件中的一種濾波器綜合模塊。ifilter具有直觀的用戶界面，支持種類廣泛的濾波器設(shè)計(jì)，其中包括集總元件和分布式濾波器類型設(shè)計(jì)。

電磁仿真軟件也是用于設(shè)計(jì)微波濾波器的強(qiáng)大工具，這樣的軟件程序有來(lái)自Sonnet Software公司的Sonnet Suites、來(lái)自安捷倫科技的Momentum、來(lái)自AWR公司的AXIEM等，它們都支持具有各種響應(yīng)的高頻濾波器的設(shè)計(jì)。ANYS公司的有限元件電磁軟件（現(xiàn)在的版本是13.0）一直被廣泛用于從仿真模擬、音頻、數(shù)字和微波濾波器到整個(gè)生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)方面。Cadence Design Systems公司提供的建模工具不僅能用于濾波器設(shè)計(jì)和PCB版圖設(shè)計(jì)，還能用于分析每個(gè)設(shè)計(jì)的制造良率。

明導(dǎo)資訊公司（Mentor Graphics）的IE3D電磁設(shè)計(jì)與驗(yàn)證程序可以用于濾波器設(shè)計(jì)以及包括單片微波集成電路（MMIC）在內(nèi)的更高層電路的設(shè)計(jì)。包括aXieM和Sonnet Software公司的Sonnet Lite在內(nèi)的許多電磁仿真工具都可免費(fèi)提供，也有的提供試用版，今后可以升級(jí)為全功能版。

除了軟件外，許多濾波器CAE供應(yīng)商還提供將他們的工具用于特定濾波器時(shí)的設(shè)計(jì)指南。例如，CST公司網(wǎng)站上發(fā)表有一篇免費(fèi)的應(yīng)用文章，詳細(xì)介紹了一款波導(dǎo)濾波器的設(shè)計(jì)方法。這種濾波器（見(jiàn)圖）的通帶從7.9GHz至8.4GHz，主要用于軍事X波段的衛(wèi)星通信（satcom）。

圖：這種波導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)適用于X波段軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

Filpro是一款模塊化濾波器設(shè)計(jì)軟件，可以處理事實(shí)上所有類型的集總元件和分布式濾波器、多種復(fù)用器和耦合結(jié)構(gòu)器件。Filpro整合了技術(shù)文獻(xiàn)中報(bào)告的幾乎所有的綜合和電路轉(zhuǎn)換技術(shù)，并將它們作為可編程的模塊使用。一個(gè)設(shè)計(jì)所需的所有技術(shù)都可以從不同的工具盒中選取，并根據(jù)需要進(jìn)行鏈接。由于采用了這種新的技術(shù)，F(xiàn)ilpro軟件可以簡(jiǎn)單地通過(guò)增加更多的模塊來(lái)解決新的問(wèn)題。

Filpro軟件包含有一個(gè)綜合菜單用于啟動(dòng)設(shè)計(jì)，也允許用戶通過(guò)修改內(nèi)置的基于各種低通、高通、帶通與帶阻切比雪夫和巴特沃斯響應(yīng)的LC原型進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)。通過(guò)用實(shí)際反相器替換理想反相器、用要求的集總－分布式實(shí)際等效電路代替諧振器就可以生成等效的濾波器。Filpro可以根據(jù)綜合工具盒（菜單）完成電路轉(zhuǎn)換。該軟件還包括大量經(jīng)過(guò)編程、存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。

ALK Engineering公司的PCFILT和S/FILSYN是一對(duì)功能強(qiáng)大的濾波器設(shè)計(jì)程序。LCLAYOUT則是一款低成本的畫圖程序，用于由PCFILT或S/FILSYN設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的LC濾波器。LCLAYOUT可以為使用空芯線繞電感和在氧化鋁或PTFE上生成的單層電容搭建的電路提供原理圖。

除了先進(jìn)的軟件套件和功能強(qiáng)大的電磁仿真工具外，業(yè)界還推出了大量低成本和免費(fèi)的軟件工具用于設(shè)計(jì)濾波器，而且許多工具都提供設(shè)計(jì)案例。Circuit Sage公司不僅為模擬和數(shù)字濾波器提供廣泛的在線設(shè)計(jì)工具清單，而且提供了許多針對(duì)模擬和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的在線應(yīng)用筆記和技術(shù)論文。

FilterCAD是凌力爾特公司（Linear）推出的一款免費(fèi)設(shè)計(jì)程序，有助于創(chuàng)建基于該公司集成電路（IC）的濾波器。FilterCAD可以用來(lái)設(shè)計(jì)具有各種響應(yīng)的低通、高通、帶通和陷波濾波器，包括巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫和定制響應(yīng)等。

Raltron公司在其網(wǎng)站上提供了一款簡(jiǎn)單的在線帶通濾波器設(shè)計(jì)工具，該工具可以在給定對(duì)象阻抗水平、頻率和要求的加載品質(zhì)因子（Q）條件下計(jì)算出帶通濾波器的理想元件值（C1、C2、C3、L1、L2和L3）。

Tonne Software公司的學(xué)生版Elsie濾波器設(shè)計(jì)軟件是免費(fèi)的，包含在ARRL手冊(cè)中。通過(guò)購(gòu)買195美元的密鑰可以升級(jí)為專業(yè)版。Elsie可以用于集總元件濾波器和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，并且支持從音頻直到微波的頻率范圍。

AppCAD是一款更為流行的免費(fèi)工具，最初是由惠普公司（Hewlett-Packard）即現(xiàn)在的安捷倫科技開(kāi)發(fā)的。3.0.2版本的射頻與微波AppCAD可以從網(wǎng)站免費(fèi)下載。這款工具提供了有用的S參數(shù)分析例程，包括用于分析濾波器響應(yīng)的函數(shù)。

最后，Nuhertz Technologies公司也為濾波器提供了多款設(shè)計(jì)工具，包括QuickFilter和Filter Solutions。這家公司還提供免費(fèi)版的Filter Solutions，起名為Filter Free。這些工具可以用于設(shè)計(jì)有源和無(wú)源濾波器、集總元件射頻濾波器和數(shù)字濾波器。

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