RF 濾波器的詳細(xì)解析，值得你收藏

什么是RF 濾波器?它的工作原理是什么?隨著電子設(shè)備工作頻率的迅速提高，電磁干擾的頻率也越來(lái)越高，干擾頻率通常會(huì)達(dá)到數(shù)百M(fèi)Hz，甚至GHz以上。由于電壓或電流的頻率越高，越容易產(chǎn)生輻射，正是這些頻率很高的干擾信號(hào)導(dǎo)致了輻射干擾的問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，迫切需要一種能對(duì)輻射干擾的高頻信號(hào)有較大的衰減的濾波器出現(xiàn)，這種濾波器就是射頻干擾濾波器。

微波濾波器搭建起來(lái)很簡(jiǎn)單，但理解起來(lái)比較復(fù)雜。它們?cè)谙到y(tǒng)中完成一個(gè)基本的功能：阻止某些信號(hào)，通過(guò)其它信號(hào)。但可以用許多不同的方式實(shí)現(xiàn)這種功能，而且有許多不同的副作用，例如系統(tǒng)幅度和相位響應(yīng)失真等。因此在選擇濾波器之前，了解它們之間的差異很有幫助。

如果對(duì)濾波器參數(shù)確定不準(zhǔn)確，最終會(huì)導(dǎo)致頻率沖突，反過(guò)來(lái)使設(shè)計(jì)組又得處理串?dāng)_、掉線、數(shù)據(jù)丟失以及網(wǎng)絡(luò)連接中斷的問(wèn)題。嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致產(chǎn)品不能通過(guò)“測(cè)試”，結(jié)果產(chǎn)品又得重新開(kāi)始設(shè)計(jì)，導(dǎo)致代價(jià)昂貴的生產(chǎn)推遲。另一方面，懂得如何準(zhǔn)確確定濾波器參數(shù)，將有助于使生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿足客戶的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和功能。

各種類型的微波射頻濾波器

所幸的是，對(duì)濾波器性能參數(shù)的某些重要基礎(chǔ)進(jìn)行快速重溫，可幫助工程師正確找出滿足特定應(yīng)用的濾波器。開(kāi)始時(shí)如果選擇正確，則能節(jié)省時(shí)間和金錢，在訂購(gòu)這些必不可少的元件時(shí)就能確保價(jià)廉物美。

(1). 了解基本響應(yīng)曲線

濾波器的基本響應(yīng)曲線包括：帶通、低通、高通、帶阻、雙工器，每一個(gè)特定形狀都決定了哪些頻率可以通過(guò)，哪些不能通過(guò)。

無(wú)疑最常見(jiàn)的是帶通濾波器。所有工程師都知道，帶通濾波器允許兩個(gè)特定頻率之間的信號(hào)通過(guò)，對(duì)其它頻率的信號(hào)進(jìn)行抑制。例如聲表面波濾波器(SAW)、晶體濾波器、陶瓷和腔體濾波器。制造商都采用了用濾波器中心頻率兩邊 0.5dB、1dB 或 3dB 衰減點(diǎn)定義通頻帶的方法。

(2) 包括所有必要的技術(shù)參數(shù)

經(jīng)常出現(xiàn)這一情況，工程師給出一個(gè)需要“一個(gè) 100MHz 帶通濾波器”的簡(jiǎn)短要求，這一要求顯然信息量太少了。給出所有必要的信息從詳細(xì)給出所有頻率參數(shù)開(kāi)始，如：

中心頻率(Fo)：通常定義為帶通濾波器(或帶阻濾波器)的兩個(gè) 3dB 點(diǎn)之間的中點(diǎn)，一般用兩個(gè) 3dB 點(diǎn)的算術(shù)平均來(lái)表示。

截止頻率(Fc)：為低通濾波器或高通濾波器的通帶到阻帶開(kāi)始的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，該轉(zhuǎn)換點(diǎn)一般為 3dB 點(diǎn)。

抑制頻率：信號(hào)衰減某些特定值或值的集合的特定頻率或頻率組。有時(shí)定義理想通帶之外的頻率區(qū)為抑制頻率或頻率組，所經(jīng)過(guò)的衰減稱為抑制。

濾波器類型決定了特定頻率。對(duì)帶通和帶阻濾波器，特定頻率為中心頻率。對(duì)低通和高通濾波器，特定頻率為截止頻率。

為了完整起見(jiàn)，工程師還應(yīng)定義下列特性，如：

阻帶：濾波器不傳輸?shù)奶囟l率值之間的頻率帶。

隔離：雙工器中，考慮接收(Rx)通道時(shí)為抑制傳輸(Tx)頻率的能力，考慮傳輸(Tx)頻率時(shí)為抑制接收(Rx)頻率的能力，稱為 Rx/Tx 隔離。隔離度越高，濾波器能夠?qū)?Rx 信號(hào)與 Tx 信號(hào)隔離開(kāi)的能力就越強(qiáng)，反之亦然。其結(jié)果是傳輸和接收信號(hào)都更加干凈。

插入損耗(IL)：表示器件中功率損耗的一個(gè)值，IL=10Log(Pl/Pin)，與頻率無(wú)關(guān)，其中 Pl 為負(fù)載功率，Pin 為從發(fā)生器輸入的功率。

回波損耗(RL)：為濾波器性能的一種度量，表示濾波器輸入和輸出阻抗接近理想阻抗值的程度?；夭〒p耗定義為：RL=10Log(Pr/Pin)，與頻率無(wú)關(guān)，其中 Pr 為反射回發(fā)生器的功率。

群延遲(GD)：群延遲表示器件相位線性的大小。由于相位延遲出現(xiàn)于濾波器的輸出端，了解這種相移隨頻率的變化是否為線性很重要。如果相移隨頻率非線性變化，輸出波形將發(fā)生畸變。群延遲定義為相移隨頻率變化的導(dǎo)數(shù)。因?yàn)榫€性函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為常數(shù)，所以線性相移引起的群延遲為常數(shù)。

形狀因子(SF)：濾波器的形狀因子通常為阻帶帶寬(BW)與 3dB 帶寬的比值。它是濾波器邊緣的陡峭程度的一種量度。例如，如果 40dB 帶寬為 40MHz，3dB 帶寬 10MHz，則形狀因子為 40/10=4。

阻抗：以歐姆為單位的濾波器源阻抗(輸入)和端接阻抗(輸出)。一般情況下，輸入阻抗和輸出阻抗相同。

相對(duì)衰減：測(cè)到的最小衰減點(diǎn)處衰減與理想抑制點(diǎn)的衰減的差異。通常，相對(duì)衰減以 dBc 為單位表示。

紋波(Ar)：表示濾波器通頻帶平坦度的大小，一般以分貝表示。濾波器紋波的大小影響回波損耗。紋波越大，則回波損耗越嚴(yán)重，反之亦然。

抑制：同上。

工作溫度：濾波器設(shè)計(jì)的工作溫度范圍。

(3). 不要追求不切實(shí)際的濾波器特性

工程師有時(shí)會(huì)提出如下的要求：“我需要通頻帶為 1，490～1，510MHz，1，511MHz 處的抑制大小為 70dB。”這一要求無(wú)法實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，抑制是逐漸變化的，不是 90°急劇下降，更實(shí)際的參數(shù)為偏離中心頻率約 10%。

另一個(gè)情況是要求濾波器例如“抑制 1，960MHz 頻率以上的所有成分。”這時(shí)，工程師必須意識(shí)到不可能衰減該抑制頻率直到無(wú)限高頻率之間的所有頻率。必須設(shè)置某些邊界。更現(xiàn)實(shí)的方法或許是，將通頻帶附近的特定抑制頻率衰減兩到三倍。

(4). 爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)合理的 VSWR

常使用電壓駐波比(VSWR)表示濾波器的效率，為一比值，大小在 1 到無(wú)窮大之間，用來(lái)表示反射能量的大小。1 表示所有能量都無(wú)損耗通過(guò)。大于 1 的所有值都表示有部分能量被反射，即浪費(fèi)了。

但是，在實(shí)際的電子電路中，1:1 的 VSWR 幾乎不可能達(dá)到。通常，比值 1:5 更實(shí)際一些。如果要求達(dá)到的值小于該值，則會(huì)降低效益成本比。

(5)?考慮功率處理能力

功率處理能力為以瓦為單位的額定平均功率，超過(guò)該值則濾波器性能會(huì)降低或者失效。此外還需要注意，濾波器的尺寸在某種程度上決定于其功率處理能力的要求。一般地，功率越大，則濾波器所占電路板面積越大。

(6). 同時(shí)、雙向通訊中的隔離因素

隔離是雙工器的一個(gè)特別重要的方面，從接收通道看時(shí)，隔離表示濾波器抑制傳輸頻率的能力，反之亦然。隔離越大，則兩者分得越開(kāi)，傳輸信號(hào)和接收信號(hào)就越干凈。

(7). 注意作出取舍

性能越高則成本越高。這正是為什么需要準(zhǔn)確定義的原因，因?yàn)闇?zhǔn)確定義可以減少不需要的極端情況，因而能夠避免不必要的費(fèi)用開(kāi)支。

除此之外，對(duì)其他因素也需要互相權(quán)衡。例如，抑制頻率與中心頻率越接近，則濾波器越復(fù)雜，這有時(shí)會(huì)造成插入損耗更大。

另外，濾波器性能越高通常使其占板面積越大。例如，從通頻帶到抑制的非常陡峭的轉(zhuǎn)變需要具備更多腔體和段數(shù)，使濾波器更復(fù)雜。但是如果電路板費(fèi)用很重要，則性能有時(shí)必須有所削減。

(8). 尋找可以在各種要求之間作出平衡的制造商

雖然濾波器銷售商與濾波器性能的固有特性無(wú)關(guān)，但選擇濾波器銷售商時(shí)，還是需要像關(guān)注元件本身要求一樣對(duì)此予以關(guān)注。一個(gè)優(yōu)秀而穩(wěn)定的專門生產(chǎn)濾波器的制造商，能時(shí)常生產(chǎn)出特定部件來(lái)彌補(bǔ)產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷。以上就是RF 濾波器的工作原理解析，希望能給大家?guī)椭?