中频滤波器和镜像抑制滤波器简介

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中频滤波器(IF filter)
 
中频滤波器相对于RF信号,工作的频率比较低。理想的中频滤波器如图所示,具有平坦的通带特性及好群延迟特性,能够无失真的通过希望的信号,同时具有很陡的过度带,能够提供足够的邻道抑制能力。
 
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由于中频滤波器处在低噪放后面,只要低噪声放大器提供足够的增益并且不引入过多的信号失真,中频滤波器的插损就可以忽略。
 
中频滤波器体现的主要接收机指标就是邻道抑制能力,中频滤波器可获得典型邻道抑制能力范围从30dB到90dB。信道间隔12.5k的PMR系统中使用的中心频率21.4M,通道7.5kHz的晶体滤波器,带外抑制能力可达90dB(距离中心点8.75k)。
 
中频滤波器必须考虑频率偏差(接收机和发射机晶振不匹配引起或者温度变化造成),因此中频滤波器带宽通常大于信号带宽,这样会引起邻道抑制能力的降低。而针对altenate信道及更远信道的抑制能力主要由中频滤波器过渡带下降速度及最终的阻带抑制能力决定。
 
镜像抑制滤波器(Image filter)
 
为了讨论方便,这里我们规定本振频率小于射频频率,之所以要抑制镜像信号,是因为镜像信号在下变频会和希望的信号落在同样的带宽内。
 
镜像信号的抑制能力通常由输入带通滤波器和镜像抑制滤波器共同决定。由于这两个滤波器都工作在RF频率,因此需要很高的Q值,高Q值滤波器既昂贵又难实现,因此通常输入带通滤波器和镜像抑制滤波器的带宽相对比较高,以降低Q值。
 
同时需要注意输入带通滤波器处在接收机输入端,因此该滤波器是接收机噪声系数(NOISE FIGURE)的主要贡献者,为了降低接收机总的噪声系数,提高灵敏度,就需要输入带通滤波器具有比较小的插损。
 
而镜像抑制滤波器由于处于低噪声放大器后面,其插损对接收机整个噪声系数(NOISE FIGURE)贡献较小,但前提是LNA具有足够的增益及线性性,对输入信号放大而不引起失真。
 
在超外差接收机结构中,通常固定中频(IF)频率,由于接收机需要接收一个频带内的多个信道的信号,因此要求镜像抑制滤波器对多个信道都能提供足够的镜像抑制能力。
 
镜像信号抑制能力通常要求范围从40dB(DAB)到70dB(PMR系统)。为了对多个信道提供足够的镜像抑制能力,一种方法是利用一个固定的镜像抑制滤波器,这个滤波器带宽足够宽,覆盖整个频带内的信道。如图所示:
 
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镜像抑制滤波器覆盖了整个频带,通过调整本振频率,将需要的信道下变频到固定中频。镜像滤波器的设计就需要满足两个条件(这里假定本振频率小于射频频率)
 
(1)镜像滤波器的带宽能够覆盖整个频带
 
(2)最高频率信道的镜像信号处在镜像滤波器带外
 
例如,针对系统参数:信道间隔2M,中心频率340M,信道数5,分别处于频点336M,338M,340M,342M,344M,中频频率36.13M。
 
针对条件1,镜像滤波器带宽最小10M,其两端截止频率345M,335M
 
针对条件2,其最高频率信道镜像频率处于271.74M 《 335M
 
其实针对条件(1)、(2),理论条件下,能不能设计固定镜像滤波器,就看能不能满足条件整个频带带宽小于两倍中频带宽。
 
如果需要使用固定抑制镜像滤波器,就需要提高中频频率。而过高的中频频率,导致工作在中频的窄带通道选择滤波器设计困难。
 
通常的解决办法
 
设计宽带的中频滤波器,同时利用二次混频将高中频信号下变频到低中频,使用这种方法需要注意,要保证通道滤波器之前所有接收机模块的线性性,同时要滤除二次混频之前形成的镜像信号。
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