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一文深度解析滤波器(上)

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发表于 2019-5-10 14:01:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
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:
QQ截图20190510135936.jpg
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。
QQ截图20190510135947.jpg
QQ截图20190510135956.jpg
巴特沃斯切比雪夫带通滤波器
QQ截图20190510140006.jpg
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。
QQ截图20190510140018.jpg

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