LCフィルタの設計(1)|いちろ工房 (ichiro Labo)

前回、アンプの基板を作った際、割り付けで余ったスペースにLCフィルタを作れるようにパターンを作りました。

こんな感じの基板です。この基板に適切なインダクタとコンデンサを組み合わせてフィルターを作るんですが、さてどのように設計しましょうか？

このリンク先のページにも解説されていますが、1rad/sec、インピーダンス1Ωで正規化されている係数表を使って目的の遮断周波数などに変換してあげればよいのです。

でも、かなりめんどくさいです。

なので、フィルターの条件（遮断周波数、減衰量、段数など）と、フィルタの種類（LPF,HPF,BPF等）、あとは係数表の種類（バターワース、チェビチェフ等）を入れると自動的にフィルタの定数を決めてくれるツールがあるといいですね。

インターネット上にはオンラインで計算してくれるページがあって、これとかこれとかこれとか使えます。
オフラインツールもいくつかありますが、Nuhertz社のLCフィルター計算ソフトなんか特におすすめです。無償版の"Filter Free"は段数が3段までに制限されていますが、実用的にはそれくらいで十分というのがほとんどでしょう。

ではここから実際に設計していきましょう。作るのはトラジェネの発振器から出力される226.42MHzの信号に混ざっている不要な信号です。ほとんどがVCOからのノイズや高調波です。こいつを除去します。

フィルタはバンドパスフィルター(BPF)とします。
ｎ倍高調波が見られます。なので、それほど急峻な特性を持っていないバターワース・フィルターでもいけそうです。
通過する中心周波数は230MHｚ、帯域幅は100MHzとします。
フィルターの段数は3段としました。
入出力インピーダンスは50Ω
π型の素子構成

ツールはこんな感じで入力します。

こんな感じで、結果が回路図で出てきます。

またAWR高周波シミュレータを持っていると、左側のEXPORTというところに「AWR Direct」というリンクが出来ます。これを選ぶと自動的にデータがAWRに転送され、回路解析して波形を表示してくれます。

実際には、こんなふうに回路図を作ってくれて

波形をだしてくれます。

でもよく回路図を見てみると、15.04nHとか31.83pFとか実際の部品にはない値です。これを実際に売っている系列数値に直してもう一度波形をみないといけません。しかも部品箱を見たら160nHが無くて150nHを使うことにしました。
AWRに転送された回路図の定数を15nH、33pF、150nH、3pFに変更して、もう一度解析し波形をだしてみました。