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1. 需求分析1.1 关键指标Ø 中心频率（CenterFrequency）：滤波器通带的中心频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。Ø 截止频率（CutoffFrequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。Ø 通带带宽（BWxdB）：指需要通过的频谱宽度，BWxdB=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB表征滤波器通带带宽参数。分数带宽（fractional bandwidth）=BW3dB/f0×100[%]，也常用来表征滤波器通带带宽。Ø 插入损耗（InsertionLoss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。Ø 纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。
Ø 带内波动（PassbandRiplpe）：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。Ø 带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1：1，失配时VSWR＞1。对于一个实际的滤波器而言，满足VSWR＜1.5：1的带宽一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。Ø 回波损耗（ReturnLoss）：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于|20Log10ρ|，ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。Ø 阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量As-IL；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数（KxdB＞1），KxdB=BWxdB/BW3dB，（X可为40dB、30dB、20dB等）。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。Ø 延迟（Td）：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。Ø 带内相位线性度：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度，但频率选择性很差，限于脉冲、或调相信号传输系统应用。
1.2 滤波器的分类
在选择滤波器的时候，要关注所使用滤波器的归类，根据需求选择适用类别的滤波器。分别根据滤波器的衰减特性、电路结构和安装方式，有以下三类分类方法：
a、根据衰减特性
滤波器对不同频率的信号有不同的作用：在通带内使信号受到很小的衰减而通过；在通带与阻带之间的一段过渡带使信号受到不同程度的衰减；在阻带内使信号受到很大的衰减而起到抑制作用。按照滤波器的三种频带在全频带中分布位置的不同，滤波器可分为以下四种基本类型：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器。除此之外，还有一种滤波器——全通滤波器，各种频率的信号都能通过，但通过以后不同频率信号的相位有不同的变化（实际上是一种移相器）。
b、根据电路结构
Ø LC无源滤波器：由电感和电容构成，具有良好的频率选择特性，并且信号能量损失小、噪声低、灵敏度低。缺点：电感元件体积大不便于集成化、在低频和超低频范围内品质因数低（频率选择性差）。
Ø RC无源滤波器：与LC无源滤波器相比，用电阻取代了电感，解决了体积大的缺陷，但此类滤波器的频率选择特性比较差，一般只用作低性能的滤波器。
Ø 特殊元件构成的无源滤波器：这类滤波器诸如：机械滤波器、压电陶瓷滤波器、晶体滤波器等。工作原理一般是通过电能与机械能或分子振动的动能间的相互转换，并与器件固有频率谐振实现频率的选择，多用作频率选择性能很高的带通或者带阻滤波器。优点：品质因数可达千万至数万、稳定性很高，可实现其他类型滤波器无法实现的特性。缺点：种类有限、调整不方便，一般仅用于某些特殊场合。
Ø RC有源滤波器：该类型的滤波器克服了RC无源滤波器中电阻元件消耗信号功率的缺陷，在电路中引入具有能量放大作用的有源器件如：电子管、晶体管、运算放大器等有源器件，能够弥补损失的能量，使RC滤波器既具有了像LC滤波器一样的良好频率选择特性，又具有体积小、便于集成的优点。
c、根据安装方式
Ø 板上滤波器安装在线路板上，如PLB、JLB系列滤波器。这种滤波器的优点是经济，缺点是高频滤波效果欠佳。滤波器的输入与输出之间没有隔离，容易发生耦合；滤波器的接地阻抗不是很低有源滤波器和无源滤波器的区别，削弱了高频旁路效果。
Ø 面板滤波器，包括滤波阵列板、滤波连接器等。一般都直接安装在屏蔽机箱的金属面板上。由于直接安装在金属面板上，滤波器的输入与输出之间完全隔离，接地良好，电缆上的干扰在机箱端口上被滤除，因此滤波效果相当理想。缺点是必须在设计初期考虑安装所需的配合结构。
2. 原理分析
只分析无源滤波器
2.1 分离元件滤波器
分离LC滤波器原理：
图 2‑1
上图虚线方框里面是一个由电抗元件L 和C 组成的两端口。它的输入端1-1’与电源相接，其电动势为Eg，内阻为R1。二端口网络的输出端2－2′ 与负载R2相接，当电源的频率为零（直流） 或较低时，感抗jωL很小，负载R2两端的电压降E2比较大（当然这也就是说负载R2可以得到比较大的功率）。
但是，当电流的频率很高时，一方面感抗jωL变得很大，另一方面容抗－j/ωC却很小，电感L上有一个很大的压降，电容C又几乎把R2短路，所以，纵然电源的电动势Eg保持不变，负载R2两端的压降E2也接近于零。换句话说，R2不能从电源取得多少功率。网络会让低频信号顺利通过，到达R2，但阻拦了高频信号，使R2不受它们的作用，那些被网络A（或其他滤波器）顺利通过的频率构成一个“通带”，而那些受网络A 阻拦的频率构成一个“止带”有源滤波器和无源滤波器的区别，通带和止带相接频率称为截止频率。
什么机理使网络A具有阻止高频功率通过的能力呢？网络A 是由电抗元件组成的，而电抗元件是不消耗功率的，所以，高频功率并没有被网络A 吸收，在图一所示的具体情况中，它有时贮存于电感L 的周围，作为磁能；在另一些时间，它又由电感L 交还给电源。如果L 和C都是无损元件（即它们的电阻等于零），那么，高频功率就是这样在电感与电源之间来回交换，丝毫不受损耗，这就是电抗滤波器阻止一些频率通过的物理基础。从这个意义来说，我们可以认为滤波器将止带频率的功率发射回电源去，同时也是因为这个关系，在止带内滤波器的输入阻抗是纯电抗性的。
上图的网络A是一个很简单的滤波电路，它的滤波效能是比较低的，在许多场合下，往往不能满足技术上的要求，而不得不采取更复杂的电路结构。然而，不管电路结构如何复杂，滤波作用的物理根源还是和前面所说的完全一样。
2.2 特殊元件滤波器
声表面波滤波器（SAW，Surface Acoustic Wave）：
声表面波滤波器是在压电基片上制作两个声电转换器，也叫做叉指换能器。就是在压电基片表面上形成的形状像两只手的手指交叉的金属图案。其工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将输入的电信号转化为声信号，此声信号沿着基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声音信号转换为电信号输出。整个声表面波器件的功能是通过对压电基片上传播的声信号进行各种处理，并且利用声电转换器的特性来完成的。由于整个转换过程对频率很敏感，所以可以实现特定频率的选择。
晶体滤波器（crystal filter）：
是采用晶体谐振器组成的滤波器。当作用于晶体谐振器的电信号频率等于晶体的故有频率时，电能通过晶体的逆压电效应又将这种机械能转换为电能，从而实现选频和滤波的作用。与LC谐振回来构成的滤波器相比，晶体滤波器在频率的选择性、稳定性和过渡带陡峭度以及插入损耗等方面都优越的多，以广泛应用与通信、导航、测量等电子设备。
2.3 微带滤波器
微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。
3. 滤波器仿真
这里采用OrCAD附带的PSpice程序来仿真图3-1滤波器的频率特性。图3-1是一个低通滤波器，截止频率为300kHz，特性阻抗为50欧。现在利用PSpice仿真它的频率特性曲线。
图 3‑1
3.1 PSpice仿真1、运行OrCAD，新建仿真工程，绘制电路图。要注意，只能使用PSpice元件库，因为这些库元件模型包含了仿真参数
图 3‑2
图 3‑3
2、新建仿真文件，在OrCAD菜单栏中选择【PSpice】【New Simulation Profile】【Creat】，按照下图进行仿真设置。其中Analysis type选择AC Sweep/Noise，Options选择General Settings，AC Sweep Type选择对数刻度，起始、截至、描点数分别设为10k，1000k，100。点击【确定】
图 3‑4
3、仿真完成后，会显示绘图窗口。但是没有曲线，我们要添加需要显示的内容。单击T【Tace】【AddTrace…】在Trace Expression一栏中输入20*log10(V2(R2))，或者使用DB(V2(R2))点击确定。
图 3‑5
4、在仿真窗口中即可显示仿真的幅度特性曲线。同理，在第三步中使用P(V2(R2))表达式能够显示相位特性曲线,使用G(V2(R2))能够显示群延时。
图 3‑6
仿真总结：使用PSpice仿真滤波器仿真滤波器的过程，其实就是对包含滤波网络的电路进行交流分析。通过分析电路的交流特性间接得到滤波器频率特性。
几点说明：
（1）使用50欧的R1和R2是为了匹配滤波网络的输入输出阻抗
（2）使用2V的交流电压源是为了让负载在0Hz是的电压为1V，配合表达式20*log10(V2(R2))来间接表示滤波网络的衰减量。
（3）电压源的初始相位默认是0，所以V（R2）的相位就表示滤波网络的相移。
4. 无源LC滤波器设计
无源LC滤波器结构简单，设计容易，工作频率高，在射频电路中广泛应用。本节现介绍LC滤波网络的分析方法，然后介绍几种工程上的设计方法。由于高通、带通、带阻滤波器都能从低通滤波器通过简单变换得到，所以只介绍低通滤波器的设计过程。
ADS中有滤波器设计向导，可以很方便的设计集总LC滤波器。使用ADS设计滤波器的主要步骤如下图所示：
图 4‑1
本文以设计一个低通滤波器为例说明使用方法。
1、在原理图设计页面的菜单栏中，选择【DesignGuide】【Filter】，在弹出窗口中选择【Filter ControlWindow】，点击【ok】打开滤波器设计控制页面。
2、在设计控制页面，点击
，会在原理图中添加一个Filter DG-All面板。该面板中列出了各种滤波器模型。
图4‑2
3、在原理图的器件面板中选择低通滤波器模型，放置在原理图页面中
图4‑3
4、在滤波器设计控制窗口，如下设置参数，点击【Design】完成设计
图4‑4
5、在电路原理图窗口，可以看见滤波器已经设计好了。点击
查看子电路，然后单击滤波器。可以看见它的设计电路
图4‑5
图4‑6
6、在设计控制页面，切换到仿真选项卡。点击自动设置仿真参数，最后点击Simulate开始仿真
图4‑7
7、仿真结果显示如下
图4‑8
8、换为实际元件
在仿真设计完成之后，滤波器的元件值不一定是可以取得的元件值，必须将其用相近的真实元件替代，例如使用村田器件。换成村田器件后，滤波器特性会发生一些变化，需要做一些微调。得到最终需要的滤波器。
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