一文深度解析滤波器@@@@

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滤波器@@是射频@@系统中必不可少的关键部件之一@@,主要是用来作频率选择@@----让需要的频率信号通过而反射不需要的干扰频率信号@@。

经典的滤波器@@应用实例是接收机或发射机前端@@,如图@@@@1、图@@2所示@@:

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从图@@@@1中可以看到@@,滤波器@@广泛应用在接收机中的射频@@@@、中频以及基带部分@@。虽然对这数字技术的发展@@,采用数字滤波器@@有取代基带部分甚至中频部分的模拟滤波器@@@@,但射频@@部分的滤波器@@任然不可替代@@。因此@@,滤波器@@是射频@@系统中必不可少的关键性部件之一@@。

滤波器@@的分类有很多种方法@@。例如@@:

按频率选择的特性可以分为@@:低通@@、高@@通@@、带通@@、带阻@@滤波器@@等@@;

按实现方式可以分为@@:LC滤波器@@、声表面波@@/体声波滤波器@@@@、螺旋滤波器@@@@、介质滤波器@@@@、腔体滤波器@@@@、高@@温超导滤波器@@@@、平面结构滤波器@@@@。

按不同的频率响应函数可以分为@@:切比雪夫@@、广义切比雪夫@@@@、巴特沃斯@@、高@@斯@@、贝塞尔函数@@、椭圆函数等@@。

对于不同的滤波器@@分类@@,主要是从不同的滤波器@@特性需求来描述滤波器@@的不同特征@@。

滤波器@@的这种众多分类方法所描述的滤波器@@不同的众多特征@@,集中体现出了实际工程应用中对滤波器@@的需求是需要综合考量的@@,也就是说对于用户需求来做设计时@@,需要综合考虑用户需求@@。

滤波器@@选择时@@,首先需要确定的就是应该使用低通@@@@、高@@通@@、带通@@还是带阻@@的滤波器@@@@。

下面首先介绍一下按频率选择的特性分类的高@@通@@@@、低通@@、带通@@以及带阻@@的频率响应特性及其作用@@。

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巴特沃斯@@切比雪夫@@带通@@滤波器@@@@

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巴特沃斯@@切比雪夫@@高@@通@@滤波器@@@@

最常用的滤波器@@是低通@@跟带通@@@@。低通@@在混频器部分的镜像抑制@@、频率源部分的谐波抑制等有广泛应用@@。带通@@在接收机前端信号选择@@、发射机功放后杂散抑制@@、频率源杂散抑制等方面广泛使用@@。

滤波器@@在微波射频@@系统中广泛应用@@,作为一功能性部件@@,必然有其对应的电性能指标用于描述系统对该部件的性能需求@@。

对应不同的应用场合@@,对滤波器@@某些电器性能特性有不同的要求@@。

描述滤波器@@电性能技术指标有@@:

阶数@@(级数@@)
绝对带宽@@/相对带宽@@
截止频率@@
驻波@@
带外抑制@@
纹波@@
损耗@@
通带平坦度@@
相位线性度@@
绝对群时延@@
群时延波动@@
功率容量@@
相位一致性@@@@
幅度一致性@@@@
工作温度范围@@

下面对滤波器@@这些电性能指标作逐一解释@@。

阶数@@(级数@@):对于高@@通@@和低通@@滤波器@@来讲@@,阶数@@就是滤波器@@中电容@@、电感的个数总和@@。对于带通@@滤波器@@来讲@@,阶数@@是并联谐振器的总数@@;对于带阻@@滤波器@@来讲@@,阶数@@是串联谐振器与并联谐振器的总数@@。

绝对带宽@@/相对带宽@@:该指标通常用于带通@@滤波器@@@@,表征可以通过滤波器@@的信号频率范围@@,体现滤波器@@的频率选择@@。相对带宽@@是绝对带宽@@与中心频率的百分比@@。

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五阶高@@通@@滤波器@@@@

截止频率@@:截止频率@@通常用于高@@通@@跟低通@@滤波器@@@@。对于低通@@滤波器@@截止表征滤波器@@最高@@能通过的频率范围@@;对于高@@通@@滤波器@@@@,截止频率@@表征滤波器@@最低能通过的频率范围@@。
驻波@@:即矢网@@测得的@@S11,表示滤波器@@端口阻抗与系统所需阻抗的匹配程度@@。表示输入信号有多少未能进入滤波器@@而被反射回输入端@@。

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九阶低通@@滤波器@@仿真曲线@@

损耗@@:损耗@@表示信号通过滤波器@@后损失的能量@@,也就是滤波器@@消耗的能量@@。
通带平坦度@@:滤波器@@通带范围内损耗@@最大值@@与损耗@@最小值@@之差的绝对值@@@@。表征滤波器@@对不同频率信号的能量消耗的区别@@。
带外抑制@@:滤波器@@通带频率范围以外的@@“衰减量@@”。表征滤波器@@对不需要的频率信号的选择能力@@。
纹波@@:滤波器@@通带内@@S21曲线起伏的波峰与波谷之间的差值@@@@。
相位线性度@@:滤波器@@通带频率范围内相位与一条与中心频率时延相等的传输线之间的相位差值@@@@。表征滤波器@@的色散特性@@。
绝对群时延@@:滤波器@@通带范围内信号从输入端口传输至输出端口所用的时间@@。
群时延波动@@:滤波器@@通带范围内绝对群时延@@最大值@@与最小值@@之差@@。表征滤波器@@的色散特性@@。
功率容量@@:可以输入滤波器@@的通带信号的最大功率@@。
相位一致性@@@@:同一指标同一批次不同滤波器@@之间的传输信号相位的差值@@@@。表征批次滤波器@@之间的差别@@(一致性@@)。
幅度一致性@@@@:同一指标同一批次不同滤波器@@之间的传输信号损耗@@的差值@@@@。表征批次滤波器@@之间的差别@@(一致性@@)。
相位线性度@@:滤波器@@通带频率范围内相位与一条与中心频率时延相等的传输线之间的相位差值@@@@。表征滤波器@@的色散特性@@。
绝对群时延@@:滤波器@@通带范围内信号从输入端口传输至输出端口所用的时间@@。
群时延波动@@:滤波器@@通带范围内绝对群时延@@最大值@@与最小值@@之差@@。表征滤波器@@的色散特性@@。
功率容量@@:可以输入滤波器@@的通带信号的最大功率@@。
相位一致性@@@@:同一指标同一批次不同滤波器@@之间的传输信号相位的差值@@@@。表征批次滤波器@@之间的差别@@(一致性@@)。
幅度一致性@@@@:同一指标同一批次不同滤波器@@之间的传输信号损耗@@的差值@@@@。表征批次滤波器@@之间的差别@@(一致性@@)。

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LC滤波器@@

声表面波@@/体声波滤波器@@@@
声表采用将电能转换为表面声波的方式@@,利用声波共振效应实现的滤波@@。该声表面波@@滤波器@@的特点是体积非常小@@,Q值@@相对@@LC高@@,采用半导体工艺适合批量生产@@。一只@@800MHz左右@@的滤波器@@体积大概只有一个@@0805电容大小@@。其缺点是@@功率容量@@小@@,不适合小批量定制产品@@,研发周期长@@,研发成本高@@@@。

声表滤波器@@通常应用在终端消费电子@@产品中@@。

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螺旋滤波器@@@@

螺旋滤波器@@@@:
螺旋滤波器@@@@是一种半集总参数的滤波器@@@@,其采用放置在空腔内的螺旋电感的自谐振来实现谐振器@@,通过相邻谐振器的空间@@磁场实现耦合@@。
其优点是@@:体积较腔体小@@,Q值@@、功率容量@@较@@LC高@@。其缺点是@@:较难实现宽带@@,高@@频部分电感不易实现@@。
螺旋滤波器@@@@通常用在@@500MHz以下@@20%相对带宽@@,100W平均功率@@,对插损有一定要求的场合@@。

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介质滤波器@@@@

纹波@@:滤波器@@通带内@@S21曲线起伏的波峰与波谷之间的差值@@@@。

介质滤波器@@@@

介质滤波器@@@@是采用介质填充的四分之一波长短路线或者二分之一开路线实现的半集总滤波器@@@@。其优点是@@Q值@@较@@LC高@@,可以实现较@@LC滤波器@@频率高@@的滤波器@@@@。其缺点是@@寄生较近@@,谐振器需要定制@@。

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梳状腔体滤波器@@@@@@

交指滤波器@@最大的特点是可以实现宽带@@,如果采用冗余谐振杆@@,考虑到机加可是线性@@,其相对带宽@@通常可以宽达@@60%。同时在@@K波段时@@,宽带的梳状滤波器@@机加基本无法加工并且调试螺钉无法放置@@,因此@@在该条件下通常采用交指结构@@。交指结构与梳状相比其寄生通带较近@@,通常其寄生通带在@@1.8F0左右@@。同体积下@@,交指滤波器@@较梳状滤波器@@功率容量@@大@@。

滤波器@@是无线通讯系统必不可少的关键性部件@@。

滤波器@@种类繁多@@,各种滤波器@@具有不同的性能特点@@,因此@@在滤波器@@选择时@@@@,通常需要综合考虑客户的实际使用环境以及客户性能需求才能做出正确@@、有效@@、可靠的选择@@。

在客户对滤波器@@指标概念比较模糊时@@,通常需要询问客户体积@@、损耗@@、带外需要抑制的频率以及抑制度@@、功率容量@@等@@。根据这几个简单的指标要求基本可以判断出滤波器@@种类@@。

来源@@:EMC家园@@

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