Guia de Projeto de Filtro LPF com uSimmics (anteriormente QucsStudio) [2026]

O que você aprenderá
Passo 1: Definir o Desempenho Alvo
1. Por que o LPF é Necessário
2. Metas de Projeto
Passo 2: Projeto Inicial com o Filter Synthesis
1. Configurações do Filter Synthesis
Passo 3: Substituição por Valores de Componentes Reais e Verificação
Passo 4: Análise de Monte Carlo para Avaliação de Tolerâncias
Comparação do LPF Projetado com o Componente de Referência
Conclusão
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O que você aprenderá

Por que o filtro LPF é necessário em comunicações Sub-GHz (supressão de harmônicos)
Como usar o Filter Synthesis do uSimmics (anteriormente QucsStudio) para o projeto inicial do LPF
Como substituir valores ideais por valores de componentes comerciais e verificar o desempenho
Como avaliar o impacto das tolerâncias de componentes com análise de Monte Carlo
O trade-off entre custo e desempenho na seleção do grau de tolerância

Passo 1: Definir o Desempenho Alvo

Por que o LPF é Necessário

Para transmitir sinais a longas distâncias, amplificadores são usados para amplificar o sinal. Para maximizar a eficiência de potência, é desejável operar o amplificador em sua região linear, mas ao buscar alta eficiência de potência, o sinal se distorce parcialmente, gerando componentes harmônicos nos múltiplos inteiros da frequência fundamental.

Os componentes harmônicos se tornam fontes de interferência em outros sistemas sem fio e devem ser suprimidos abaixo dos valores regulamentados pelas normas de radiocomunicações de cada país. O LPF (filtro passa-baixa) é amplamente adotado como meio de passar a banda de frequência desejada enquanto atenua os componentes harmônicos.

Metas de Projeto

Neste exemplo de projeto, as seguintes métricas de desempenho são definidas como alvo, equivalentes ao desempenho do filtro LPF multicamada TDK “DEA100915LT-6319A1”:

Item	Meta	Faixa de Frequência
Perda de Inserção	Abaixo de 0,5 dB	824–915 MHz
Atenuação	Acima de 18 dB	1648–1830 MHz

Passo 2: Projeto Inicial com o Filter Synthesis

O uSimmics (anteriormente QucsStudio) possui a ferramenta Filter Synthesis que gera automaticamente circuitos de filtro. Use esta ferramenta para realizar o projeto inicial do filtro que atenda ao desempenho alvo.

Referência: Guia do Filter Synthesis

Configurações do Filter Synthesis

Projete um LPF Butterworth (resposta maximamente plana) com as seguintes condições:

Tipo de filtro: Butterworth LPF (características maximamente planas, ripple mínimo na banda de passagem)
Ordem: 6ª
Frequência de corte: 1,1 GHz

Os valores L·C gerados automaticamente pelo Filter Synthesis são:

Componente	Valor Calculado
L1	10,23 nH
L2	13,94 nH
L3	3,745 nH
C1	1,498 pF
C2	5,59 pF
C3	4,092 pF

Ao verificar o filtro criado por simulação, confirma-se que ele satisfaz as características alvo.

Passo 3: Substituição por Valores de Componentes Reais e Verificação

Substitua os resultados do cálculo inicial pelos valores padrão mais próximos de indutores e capacitores comerciais e verifique novamente o desempenho.

Componente	Valor Calculado	Valor Adotado
L1	10,23 nH	10 nH
L2	13,94 nH	14 nH
L3	3,745 nH	3,7 nH
C1	1,498 pF	1,5 pF
C2	5,59 pF	5,6 pF
C3	4,092 pF	4,1 pF

Após o arredondamento para os valores padrão de componentes reais, os resultados da simulação ainda satisfazem as especificações alvo.

Passo 4: Análise de Monte Carlo para Avaliação de Tolerâncias

Capacitores e indutores reais têm variações definidas por tolerâncias. Para avaliar o impacto dessas variações no desempenho do filtro, execute a análise de Monte Carlo.

Referência: Como Executar Análise de Monte Carlo

Condições de Análise

Em geral, capacitores e indutores estão disponíveis com diferentes linhas de tolerância. Quanto mais estreita a faixa de tolerância, maior o custo do componente; portanto, é desejável adotar componentes com tolerância mais ampla quando não houver problema de desempenho.

Primeiro, execute a análise de Monte Carlo com as condições de maior faixa de tolerância:

Componente	Valor	Tolerância
L1	10 nH	±5%
L2	14 nH	±5%
L3	3,7 nH	±0,2 nH
C1	1,5 pF	±0,25 pF
C2	5,6 pF	±0,25 pF
C3	4,1 pF	±0,25 pF

Assume-se distribuição normal para as variações dos componentes, com pior caso em 4σ. Por exemplo, para 10 nH com 4σ = 5%, σ = 1,25%.

Resultados da Análise (Alta Tolerância)

Ponto de Medição	Valor Típico	Pior Caso
Perda de Inserção (915 MHz)	−0,481 dB	−0,695 dB
Atenuação (1650 MHz)	−20,9 dB	−19,9 dB

Confirma-se que mesmo no pior caso as especificações alvo são satisfeitas (perda de inserção abaixo de 0,5 dB, atenuação acima de 18 dB).

Comparação com Tolerância Reduzida

Se o impacto das variações for excessivo, reduza a tolerância dos componentes. Por exemplo, alterar indutores para ±3% e capacitores para ±0,1 pF pode melhorar a variação das características. No projeto real, selecione considerando o equilíbrio entre especificações alvo e custo dos componentes.

Comparação do LPF Projetado com o Componente de Referência

É possível comparar o S21 do LPF projetado por simulação com o do DEA100915LT-6319A1 alvo:

Vermelho: LPF projetado por simulação
Azul: Valores medidos do DEA100915LT-6319A1

Esta comparação permite avaliar quantitativamente a validade do projeto e possibilidades de melhoria.

Conclusão

O projeto de LPF com o uSimmics (anteriormente QucsStudio) permite executar eficientemente o fluxo de projeto automático com o Filter Synthesis, substituição por valores de componentes reais e avaliação de tolerâncias por análise de Monte Carlo. As poderosas funções de simulação e ferramentas de análise do uSimmics (anteriormente QucsStudio) são indispensáveis no projeto de filtros que atenuam eficazmente os harmônicos da banda Sub-GHz.