非常詳細的濾波器基礎知識簡介

2021-02-13 電子發燒友網

濾波器是射頻系統中必不可少的關鍵部件之一,主要是用來作頻率選擇----讓需要的頻率信號通過而反射不需要的幹擾頻率信號。

經典的濾波器應用實例是接收機或發射機前端,如圖1、圖2所示:

從圖1中可以看到,濾波器廣泛應用在接收機中的射頻、中頻以及基帶部分。雖然對這數位技術的發展,採用數字濾波器有取代基帶部分甚至中頻部分的模擬濾波器,但射頻部分的濾波器任然不可替代。因此,濾波器是射頻系統中必不可少的關鍵性部件之一。

濾波器的分類有很多種方法。例如:
按頻率選擇的特性可以分為:低通、高通、帶通、帶阻濾波器等;

按實現方式可以分為:LC濾波器、聲表面波/體聲波濾波器、螺旋濾波器、介質濾波器、腔體濾波器、高溫超導濾波器、平面結構濾波器。
按不同的頻率響應函數可以分為:切比雪夫、廣義切比雪夫、巴特沃斯、高斯、貝塞爾函數、橢圓函數等。
對於不同的濾波器分類,主要是從不同的濾波器特性需求來描述濾波器的不同特徵。
濾波器的這種眾多分類方法所描述的濾波器不同的眾多特徵,集中體現出了實際工程應用中對濾波器的需求是需要綜合考量的,也就是說對於用戶需求來做設計時,需要綜合考慮用戶需求。
濾波器選擇時,首先需要確定的就是應該使用低通、高通、帶通還是帶阻的濾波器。
下面首先介紹一下按頻率選擇的特性分類的高通、低通、帶通以及帶阻的頻率響應特性及其作用。

巴特沃斯切比雪夫帶通濾波器

巴特沃斯切比雪夫高通濾波器


最常用的濾波器是低通跟帶通。低通在混頻器部分的鏡像抑制、頻率源部分的諧波抑制等有廣泛應用。帶通在接收機前端信號選擇、發射機功放後雜散抑制、頻率源雜散抑制等方面廣泛使用。

濾波器在微波射頻系統中廣泛應用,作為一功能性部件,必然有其對應的電性能指標用於描述系統對該部件的性能需求。

對應不同的應用場合,對濾波器某些電器性能特性有不同的要求。

描述濾波器電性能技術指標有:


階數(級數)
絕對帶寬/相對帶寬
截止頻率
駐波
帶外抑制
紋波
損耗
通帶平坦度
相位線性度
絕對群時延
群時延波動
功率容量
相位一致性
幅度一致性
工作溫度範圍

下面對濾波器這些電性能指標作逐一解釋。

階數(級數):對於高通和低通濾波器來講,階數就是濾波器中電容、電感的個數總和。對於帶通濾波器來講,階數是並聯諧振器的總數;對於帶阻濾波器來講,階數是串聯諧振器與並聯諧振器的總數。
絕對帶寬/相對帶寬:該指標通常用於帶通濾波器,表徵可以通過濾波器的信號頻率範圍,體現濾波器的頻率選擇。相對帶寬是絕對帶寬與中心頻率的百分比。

五階高通濾波器

截止頻率:截止頻率通常用於高通跟低通濾波器。對於低通濾波器截止表徵濾波器最高能通過的頻率範圍;對於高通濾波器,截止頻率表徵濾波器最低能通過的頻率範圍。
駐波:即矢網測得的S11,表示濾波器埠阻抗與系統所需阻抗的匹配程度。表示輸入信號有多少未能進入濾波器而被反射回輸入端。

九階低通濾波器仿真曲線


損耗:損耗表示信號通過濾波器後損失的能量,也就是濾波器消耗的能量。
通帶平坦度:濾波器通帶範圍內損耗最大值與損耗最小值之差的絕對值。表徵濾波器對不同頻率信號的能量消耗的區別。
帶外抑制:濾波器通帶頻率範圍以外的「衰減量」。表徵濾波器對不需要的頻率信號的選擇能力。
紋波:濾波器通帶內S21曲線起伏的波峰與波谷之間的差值。
相位線性度:濾波器通帶頻率範圍內相位與一條與中心頻率時延相等的傳輸線之間的相位差值。表徵濾波器的色散特性。
絕對群時延:濾波器通帶範圍內信號從輸入埠傳輸至輸出埠所用的時間。
群時延波動:濾波器通帶範圍內絕對群時延最大值與最小值之差。表徵濾波器的色散特性。
功率容量:可以輸入濾波器的通帶信號的最大功率。
相位一致性:同一指標同一批次不同濾波器之間的傳輸信號相位的差值。表徵批次濾波器之間的差別(一致性)。
幅度一致性:同一指標同一批次不同濾波器之間的傳輸信號損耗的差值。表徵批次濾波器之間的差別(一致性)。
相位線性度:濾波器通帶頻率範圍內相位與一條與中心頻率時延相等的傳輸線之間的相位差值。表徵濾波器的色散特性。
絕對群時延:濾波器通帶範圍內信號從輸入埠傳輸至輸出埠所用的時間。
群時延波動:濾波器通帶範圍內絕對群時延最大值與最小值之差。表徵濾波器的色散特性。
功率容量:可以輸入濾波器的通帶信號的最大功率。
相位一致性:同一指標同一批次不同濾波器之間的傳輸信號相位的差值。表徵批次濾波器之間的差別(一致性)。
幅度一致性:同一指標同一批次不同濾波器之間的傳輸信號損耗的差值。表徵批次濾波器之間的差別(一致性)。

LC濾波器

聲表面波/體聲波濾波器
聲表採用將電能轉換為表面聲波的方式,利用聲波共振效應實現的濾波。該聲表面波濾波器的特點是體積非常小,Q值相對LC高,採用半導體工藝適合批量生產。一隻800MHz左右的濾波器體積大概只有一個0805電容大小。其缺點是功率容量小,不適合小批量定製產品,研發周期長,研發成本高。
聲表濾波器通常應用在終端消費電子產品中。

螺旋濾波器

螺旋濾波器:
螺旋濾波器是一種半集總參數的濾波器,其採用放置在空腔內的螺旋電感的自諧振來實現諧振器,通過相鄰諧振器的空間磁場實現耦合。
其優點是:體積較腔體小,Q值、功率容量較LC高。其缺點是:較難實現寬帶,高頻部分電感不易實現。
螺旋濾波器通常用在500MHz以下20%相對帶寬,100W平均功率,對插損有一定要求的場合。

介質濾波器

紋波:濾波器通帶內S21曲線起伏的波峰與波谷之間的差值。

介質濾波器

介質濾波器是採用介質填充的四分之一波長短路線或者二分之一開路線實現的半集總濾波器。其優點是Q值較LC高,可以實現較LC濾波器頻率高的濾波器。其缺點是寄生較近,諧振器需要定製。

梳狀腔體濾波器

交指濾波器最大的特點是可以實現寬帶,如果採用冗餘諧振杆,考慮到機加可是線性,其相對帶寬通常可以寬達60%。同時在K波段時,寬帶的梳狀濾波器機加基本無法加工並且調試螺釘無法放置,因此在該條件下通常採用交指結構。交指結構與梳狀相比其寄生通帶較近,通常其寄生通帶在1.8F0左右。同體積下,交指濾波器較梳狀濾波器功率容量大。

濾波器是無線通訊系統必不可少的關鍵性部件。

濾波器種類繁多,各種濾波器具有不同的性能特點,因此在濾波器選擇時,通常需要綜合考慮客戶的實際使用環境以及客戶性能需求才能做出正確、有效、可靠的選擇。

在客戶對濾波器指標概念比較模糊時,通常需要詢問客戶體積、損耗、帶外需要抑制的頻率以及抑制度、功率容量等。根據這幾個簡單的指標要求基本可以判斷出濾波器種類。

華強聚豐擁有電子發燒友(百萬電子工程師社區平臺:www.elecfans.com)、華強PCB(多層線路板製造專家:www.hqpcb.com)、華強芯城(電子元器件及SMT在線商城:www.hqchip.com)三大主營業務,以網際網路信息技術改善傳統製造業,打通電子產業鏈上下遊,形成服務於整個電子產業鏈的一站式服務平臺,為客戶降低成本,提升品質,加速進程。

相關焦點

  • 濾波器基礎知識簡介
    經典的濾波器應用實例是接收機或發射機前端,如圖1、圖2所示:從圖1中可以看到,濾波器廣泛應用在接收機中的射頻、中頻以及基帶部分。雖然對這數位技術的發展,採用數字濾波器有取代基帶部分甚至中頻部分的模擬濾波器,但射頻部分的濾波器任然不可替代。因此,濾波器是射頻系統中必不可少的關鍵性部件之一。濾波器的分類有很多種方法。
  • 非常好的濾波器知識總結,值得一看!
    經典的濾波器應用實例是接收機或發射機前端,如圖1、圖2所示:從圖1中可以看到,濾波器廣泛應用在接收機中的射頻、中頻以及基帶部分。雖然對這數位技術的發展,採用數字濾波器有取代基帶部分甚至中頻部分的模擬濾波器,但射頻部分的濾波器任然不可替代。因此,濾波器是射頻系統中必不可少的關鍵性部件之一。濾波器的分類有很多種方法。
  • 濾波器的基礎知識:種類/作用/原理
    雖然對這數位技術的發展,採用數字濾波器有取代基帶部分甚至中頻部分的模擬濾波器,但射頻部分的濾波器任然不可替代。因此,濾波器是射頻系統中必不可少的關鍵性部件之一。濾波器的分類有很多種方法。例如:按頻率選擇的特性可以分為:低通、高通、帶通、帶阻濾波器等;按實現方式可以分為:LC濾波器、聲表面波/體聲波濾波器、螺旋濾波器、介質濾波器、腔體濾波器、高溫超導濾波器、平面結構濾波器。
  • 濾波器的基本知識
    濾波器的基本知識一、濾波器的功能和類型1、功能:濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統,具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能。
  • 電容基礎5——RC濾波器
    利用這個特點,可以設計濾波器。最基礎的濾波器是由電阻和電容構建的RC濾波器,有低通和高通濾波器之分,RC濾波器的截止頻率的計算公式為:F(cutoff) = 1 / (2πRC)。截止頻率,就是濾波器頻率響應出現拐點的頻率。
  • 什麼是低通濾波器?無源RC濾波器基礎介紹
    濾波器不會引起顯著衰減的頻率範圍稱為通帶,濾波器確實導致顯著衰減的頻率範圍稱為阻帶。模擬濾波器,例如RC低通濾波器,總是從通帶逐漸過渡到阻帶。這意味著無法識別濾波器停止傳遞信號並開始阻塞信號的一個頻率。然而,工程師需要一種方便簡潔地總結濾波器頻率響應的方法,這就是截止頻率概念發揮作用的地方。當你查看RC濾波器的頻率響應圖時,你會注意到術語「截止頻率」不是很準確。
  • 下載 | 《LC濾波器設計與製作》——LC濾波器設計和製作方法的實用工具書
    內容簡介《LC濾波器設計與製作》是「圖解實用電子技術叢書」之一。
  • 【知識匯總】濾波器的分類及應用(上)
    濾波器原理(模擬濾波)濾波器是一種選頻裝置,可以使信號中特定的頻率成分通過,而極大地衰減其它頻率成分。在測試裝置中,利用濾波器的這種選頻作用,可以濾除幹擾噪聲或進行頻譜分析。廣義地講,任何一種信息傳輸的通道(媒質)都可視為是一種濾波器。因為,任何裝置的響應特性都是激勵頻率的函數,都可用頻域函數描述其傳輸特性。
  • 電工與電路基礎及應用
    電工學習網:www.diangon.com關注電工學習網官方微信公眾號「電工電氣學習」,收穫更多經驗知識。
  • 自適應濾波器(Adaptive Filter)(1)--簡介
    1 自適應濾波器基本概念自適應濾鏡是具有非恆定係數的濾波器。
  • 常用IIR濾波器,你都了解嗎?
    在上世紀初濾波器剛剛問世的時候,其功能主要是通過電子電路的方式的方式實現(電阻、電容以及電感組成的電路,即模擬濾波器)。當時濾波器的使用要求非常高,工程師們不但要有非常深厚的基礎理論知識,更要有足夠的使用經驗,才能正確地設計出合適的濾波器。 隨著科技的發展,尤其是計算機以及各種集成電路的發展,濾波器技術也越來越成熟,數字濾波器也隨之出現。
  • 漢天下:做性能最優的BAW濾波器!
    ② 價格競爭力:1)目前整個射頻濾波器行業內的價格呈兩極分化態勢:●國際巨頭壟斷高端市場:兩家掌握核心技術的美國企業 (Broadcom及Qorvo) 牢牢佔據高端市場,其具備的性能優勢使其擁有非常高的定價權;●低端市場性能不足:小部分低端濾波器企業雖然產品性能不足,但其低廉的價格仍可爭取一定的低端市場。
  • EMI濾波器設計原理-詳細闡述了EMI濾波器的設計原理、典型應用及測試方法.
    EMI濾波器的設計原理 摘要:EMI濾波器能有效抑制電網噪聲,提高電子儀器、計算機和測控系統的抗幹擾能力及可靠性。詳細闡述了EMI濾波器的設計原理、典型應用及測試方法。因此,電磁幹擾濾波器應符合電磁兼容性(EMC)的要求,也必須是雙向射頻濾波器,一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁幹擾,另一方面還能避免本身設備向外部發出噪聲幹擾,以免影響同一電磁環境下其他電子設備的正常工作。此外,電磁幹擾濾波器就對串模、共模幹擾都起到抑制作用。
  • 濾波器的分類
    濾波器的分類    濾波器是一種用來減少或者消除幹擾的電氣部件,其功能是對輸入信號進行過濾處理得到所需的信號
  • Verilog設計IIR低通濾波器
    設計一個4階IIR低通濾波器,截止頻率為2MHz, 濾波器採樣頻率為8Mhz,阻帶衰減為40dB。量化係數為12bit。IIR濾波器IIR(無限衝激響應)濾波器,其單位脈衝衝擊響應是無限長的。差分方程為
  • 基於AI的濾波器自動調試
    調諧微波濾波器通常是一個漫長而複雜的過程,需要調諧器提供廣泛的知識和經驗。
  • 村田噪聲抑制基礎教程-第六章 EMI靜噪濾波器
    簡介有兩種用於抑制噪聲的基本方法: 濾波器和屏蔽。兩者之間具有相互支持的關係;儘管通常需要使用兩種方法,但如果噪聲很小,則可以簡化。屏蔽通常由金屬製成。由於屏蔽必須覆蓋整個電子設備,所以尺寸往往很大。這意味著它們還可能增加設備的成本和重量。濾波器是電子元件;巧妙使用濾波器可以簡化屏蔽,並能幫助降低電子設備的成本和重量。
  • 均衡器專業基礎知識
    超低音:20Hz-40Hz,適當時聲音強而有力。能控制雷聲、低音鼓、管風琴和貝司的聲音。過度提升會使音樂變得混濁不清。  低音:40Hz-150Hz,是聲音的基礎部份,其能量佔整個音頻能量的70%,是表現音樂風格的重要成份。適當時,低音張弛得宜,聲音豐滿柔和,不足時聲音單薄,150Hz,過度提升時會使聲音發悶,明亮度下降,鼻音增強。
  • 8.PID控制器基礎知識簡介
    本次教程簡單介紹PID控制器的基礎知識,為後面的全向移動底盤PID參數整定做準備,這裡只是簡單介紹各種新名詞概念和簡單的離散PID公式的推導過程及
  • 濾波器的種類/作用/原理
    1.理想濾波器的頻率特性理想濾波器:使通帶內信號的幅值和相位都不失真,阻喧內的頻率成分都衰減為零的濾波器,其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。如理想低通濾波器的頻率響應函數為理想濾波器實際上並不存在。2.實際濾波器實際濾波器的幅頻特性如下圖所示