RF和微波濾波器的選擇

在不了解會(huì )受到何種損害的情況下，具備高深的數字電子知識的設計師發(fā)現，當需要給無(wú)線(xiàn)器件確定濾波器參數時(shí)，急需復習射頻基礎知識。如果沒(méi)有考慮濾波器類(lèi)型和最低技術(shù)規格要求方面的基本要素，可能導致產(chǎn)品不能通過(guò)“測試”，結果產(chǎn)品又得重新開(kāi)始設計，導致代價(jià)昂貴的生產(chǎn)推遲。另一方面，懂得如何準確確定濾波器參數，將有助于使生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿(mǎn)足客戶(hù)的生產(chǎn)標準和功能。事實(shí)上，這種知識有助于在提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的成功機會(huì )的同時(shí)，控制生產(chǎn)費用。

　　從基礎開(kāi)始

　　在當今無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，激烈的擴展帶寬的競爭迫使人們要更加關(guān)注濾波器的性能。如果對濾波器參數確定不準確，最終會(huì )導致頻率沖突，反過(guò)來(lái)使設計組又得處理串擾、掉線(xiàn)、數據丟失以及網(wǎng)絡(luò )連接中斷的問(wèn)題。

　　濾波器定義不完整或不準確這一問(wèn)題產(chǎn)生的部分原因是目前電子市場(chǎng)對數字電子很熱衷。根據某些統計，80%～90%的新電子設計工程師都是軟件和數字方面的。知識缺口就在于此，因為不管傳輸的信息是否是數字形式，當信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)電或微波傳輸時(shí)，載波信號總是遵守電磁學(xué)物理定律。

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

　　1.了解基本響應曲線(xiàn)

　　濾波器的基本響應曲線(xiàn)包括：帶通、低通、高通、帶阻、雙工器，如圖1A-1F所示。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，這一組中最常見(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通過(guò)，對其它頻率的信號進(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。作為參考，Anatech Electronics 公司制造的腔體帶通濾波器的頻率覆蓋范圍為15 MHz～20 GHz，帶寬在1%～100%范圍。下表給出了Anatech Electronics公司的集總元件帶通濾波器的全部技術(shù)參數。所有制造商都采用了用濾波器中心頻率兩邊0.5 dB、1 dB或3 dB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

　　經(jīng)常出現這一情況，工程師給出一個(gè)需要“一個(gè)100 MHz帶通濾波器”的簡(jiǎn)短要求，這一要求顯然信息量太少了。濾波器供應商實(shí)在難以根據這么點(diǎn)信息就簽單。

　　給出所有必要的信息從詳細給出所有頻率參數開(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)3 dB點(diǎn)之間的中點(diǎn)，一般用兩個(gè)3 dB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)始的轉換點(diǎn)，該轉換點(diǎn)一般為3 dB點(diǎn)。

　　抑制頻率：信號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為抑制頻率或頻率組，所經(jīng)過(guò)的衰減稱(chēng)為抑制。

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

　　為了完整起見(jiàn)，工程師還應定義下列特性，如：

　　阻帶：濾波器不傳輸的特定頻率值之間的頻率帶。

　　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(chēng)為Rx/Tx隔離。隔離度越高，濾波器能夠將Rx信號與Tx信號隔離開(kāi)的能力就越強，反之亦然。其結果是傳輸和接收信號都更加干凈。

　　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(xiàn)性的大小。由于相位延遲出現于濾波器的輸出端，了解這種相移隨頻率的變化是否為線(xiàn)性很重要。如果相移隨頻率非線(xiàn)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數。因為線(xiàn)性函數的導數為常數，所以線(xiàn)性相移引起的群延遲為常數。

　　形狀因子(SF)： 濾波器的形狀因子通常為阻帶帶寬(BW)與3 dB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40 dB帶寬為40 MHz，3 dB帶寬10 MHz，則形狀因子為40/10=4。