■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 科技微波小課堂_濾波器定義
濾波器定義
今的多通道寬帶多倍頻程調(diào)諧RF接收器，通常需要消除不必要的阻塞信號(hào)，從而保持相關(guān)信號(hào)的保真度。濾波器在減少這些不必要的信號(hào)上起到了重要作用，特別是在這些系統(tǒng)的接收器RF前端和本振(LO)部分。 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 科技小編將帶領(lǐng)大家探討RF信號(hào)鏈中濾波器的概念
為分析決RF通信系統(tǒng)中干擾信號(hào)的問(wèn)題，工程師們依靠濾波器來(lái)減少這些信號(hào)并保留目標(biāo)信號(hào)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，濾波器是一種允許在通帶內(nèi)傳輸頻率和在阻帶內(nèi)抑制頻率的組件。
通常，濾波器的插入損耗(dB)可描述為低通、高通、帶通或帶阻（陷波）。這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是所繪制的容許通帶頻率響應(yīng)與增加的頻率之間的關(guān)系。濾波器可以根據(jù)其頻率響應(yīng)波形進(jìn)一步分類(lèi)，例如通帶紋波、阻帶紋波，以及它們相對(duì)于頻率的滾降速度。為了便于說(shuō)明，圖7顯示了四種主要的濾波器類(lèi)型。
圖7.按類(lèi)型劃分的濾波器波形。
除了插入損耗外，濾波器的另一個(gè)重要特性是群延遲。群延遲是指?jìng)鬏斚辔幌鄬?duì)于頻率的變化率。群延遲的單位是時(shí)間（秒），因此這個(gè)指標(biāo)可視為特定信號(hào)順利獲得濾波器的傳輸時(shí)間。單一頻率的傳輸時(shí)間本身通常影響不大，但當(dāng)寬帶調(diào)制信號(hào)順利獲得濾波器時(shí)，群延遲的平坦性就變得很重要，因?yàn)樗梢栽诮邮招盘?hào)中引入不同的時(shí)間延遲，使信號(hào)失真。等式5給出了群延遲的方程，其中θ是相位，?是頻率：
具有明顯插入損耗和群延遲特性的典型濾波器類(lèi)型有Butterworth、Chebyshev、橢圓和Bessel。每個(gè)類(lèi)型通常由一個(gè)階數(shù)來(lái)定義，它描述了濾波器中有多少個(gè)無(wú)功元件。階數(shù)越高，頻率滾降就越快。
在考慮類(lèi)似階數(shù)的濾波器時(shí)，Butterworth濾波器可給予盡量平坦的通帶響應(yīng)，但會(huì)犧牲頻率滾降，而Chebyshev濾波器則具有很好的頻率滾降，但存在一些通帶紋波。橢圓濾波器（有時(shí)稱(chēng)為Cauer-Chebyshev）比Chebyshev濾波器有更多的頻率滾降，但也因此會(huì)在通帶和阻帶中產(chǎn)生紋波。Bessel濾波器的頻率和群延遲響應(yīng)最為平坦，但其頻率滾降性能最差。為了便于說(shuō)明，圖8顯示了一個(gè)五階低通濾波器的理想插入損耗和群延遲，其3 dB頻率(f3 dB)為2 Ghz，允許的通帶紋波為1 dB，阻帶紋波為50 dB。
對(duì)于在整個(gè)頻率范圍內(nèi)保持恒定相位很重要的系統(tǒng)，如雷達(dá)系統(tǒng)，相關(guān)頻帶的群延遲平坦度對(duì)于避免接收到的脈沖出現(xiàn)意外相位偏差來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。假設(shè)接收信號(hào)范圍可以覆蓋1 GHz或更多，則應(yīng)盡量減少寬頻帶的群延遲平坦度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，應(yīng)將群延遲平坦度保持在<1 ns，但這要取決于系統(tǒng)對(duì)相位偏差的容限。圖9顯示了群延遲平坦度分別為2.24 ns和0.8 ns的濾波器示例。觀察這些波形可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于更平坦的群延遲來(lái)說(shuō)，整個(gè)頻率范圍的相位變化更加一致。
最后，用于設(shè)計(jì)濾波器的無(wú)功元件的品質(zhì)因數(shù)（Q因數(shù)）是影響性能的一個(gè)重要屬性。品質(zhì)因數(shù)定義為特定電路元件的無(wú)功阻抗與串聯(lián)損耗電阻之比。它與技術(shù)工藝和用于實(shí)現(xiàn)的物理區(qū)域密切相關(guān)。品質(zhì)系數(shù)越高，頻率響應(yīng)越快，插入損耗越小。
圖8.五階低通濾波器的插入損耗和群延遲。
圖9.群延遲平坦度影響與線性相位的偏差：(a)顯示2.24 ns的群延遲平坦度 (b)顯示0.8 ns的平坦度，兩者對(duì)比可看出，相位變化與頻率的關(guān)系更一致。
RF通信的傳統(tǒng)濾波技術(shù)
為射頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，有多種技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)經(jīng)典型濾波器。傳統(tǒng)上，射頻工程師依靠的是帶有表面貼裝元件的分立式集總元件實(shí)現(xiàn)，或者是包含印在PCB材料上的傳輸線的分布式元件濾波器。然而，近年來(lái)，濾波器基于半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)，允許使用精確的溫度穩(wěn)定無(wú)功元件，品質(zhì)系數(shù)得到了改善。此外，半導(dǎo)體工藝支持使用開(kāi)關(guān)和可調(diào)諧無(wú)功元件，這在分立式集總元件實(shí)現(xiàn)中可能更具挑戰(zhàn)性。還有體聲波(BAW)、表面聲波(SAW)、低溫共燒陶瓷(LTCC)、腔體濾波器或陶瓷諧振器等其它技術(shù)。
每種方法和技術(shù)都存在權(quán)衡取舍：
集總LC濾波器由PCB上的表面貼裝電感器和電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做的好處是便于組裝，然后順利獲得調(diào)整數(shù)值來(lái)改變?yōu)V波器的性能。
分布式濾波器設(shè)計(jì)為在電介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的傳輸線的諧振片（可以集成到PCB中，也可以獨(dú)立在一個(gè)單獨(dú)的電介質(zhì)上），并定向?yàn)樵谀承╊l率范圍內(nèi)充當(dāng)準(zhǔn)電感器或準(zhǔn)電容器。它們表現(xiàn)出周期性特征。在某些情況下，會(huì)添加集總元件來(lái)改進(jìn)/小型化分布式濾波器。
陶瓷諧振器濾波器使用多個(gè)陶瓷諧振器（這是一個(gè)分布式元件），順利獲得集總元件進(jìn)行耦合。耦合元件通常是一個(gè)電容，但有時(shí)也會(huì)使用電感。這種類(lèi)型的濾波器是分布式和集總元件的混合體。
腔體濾波器由封裝在導(dǎo)電盒內(nèi)的分布式元件（棒）來(lái)實(shí)現(xiàn)。它們以能夠處理高功率而幾乎沒(méi)有損耗而聞名，但要以尺寸和成本為代價(jià)。
BAW和SAW技術(shù)可以給予出色的性能，但它們往往在頻率選擇方面有要求，不適合寬帶應(yīng)用。
LTCC濾波器順利獲得將多層分布式傳輸線組合在一個(gè)陶瓷封裝中來(lái)實(shí)現(xiàn)，該陶瓷封裝類(lèi)似于分布式濾波器，可用于多種應(yīng)用，但它是固定的。由于它們是3D堆疊式的，所以最終在PCB上占用的空間很小。
隨著最近半導(dǎo)體性能的提升，集成到半導(dǎo)體中的濾波器支持的頻率范圍也更加寬泛。如果能夠?qū)?shù)字控制元件輕松集成到這些元件中，有助于軟件定義收發(fā)器的采用?？偟膩?lái)說(shuō)，性能和集成度之間的權(quán)衡取舍為寬帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員給予了有用的價(jià)值。
表1.濾波器類(lèi)型比較
以上是文章 所有內(nèi)容感謝您 的拜訪，希望對(duì)您有所幫助。
關(guān)注微博
關(guān)注微信
關(guān)注公眾號(hào)
關(guān)注抖音號(hào)