为应用程序选择正确的过滤器

Peter Matthews于2012年4月22日发表于2020年9:15:00
经诺尔斯精密设备公司许可重新发布

要为应用程序选择正确的过滤器,您需要评估筛选器类型,识别最适合您应用的特定过滤器技术,并确保过滤器满足所需的规格。此帖子旨在作为用于讨论过滤类型,技术和规格的公共术语的快速参考。

首先,有四个关键的Filter行为将它们分类为不同类型:Low Pass, High Pass, Band Pass和Band Stop。

过滤器类型

低通滤波器

低通滤波器允许低于给定频率的频率通过(发送或接收),而拒绝高于给定频率的频率。

高通滤波器

高通滤波器让频率高于给定频率以通过滤波器,同时抑制给定频率高于给定频率的频率(与低通过的相对)。

带通滤波器

频带通过滤波器在两个频率之间传递频率,同时拒绝所有其他频率。

频段停止过滤器

带阻(或带阻)滤波器阻止两个频率之间的所有频率通过,同时允许所有其他频率通过(相反的带通)。

过滤技术

晶体过滤器

晶体滤波器利用石英晶体作为谐振元件。石英谐振器的高Q值造成了一个非常陡的带通。这些滤波器通常在中频10 MHz范围和Q因子在10,000到100,000范围内实现。

SAW / BAW(表面声波和散装声波)

声学滤波器覆盖的频率范围高达6ghz,并提供良好的性能/成本权衡,使其成为当今移动设备中占主导地位的芯片外滤波器方法。

陶瓷过滤器

陶瓷滤波器的范围为~ 100mhz到~ 8ghz。它们提供了与离散集总元件电感-电容(LC)设计相似的性能,但可以在小的形状因子表面贴装封装中实现。性能和封装厚度是陶瓷滤波器与SAW/BAW比较时的限制因素。

集体元素

离散LC方法提供了一种低成本的方法来实现滤波器,但可获得的Q因子在这样的器件中是有限的。离散集总元件滤波器通常用于30 MHz到300 MHz范围,但原则上可以用于40 GHz的应用。在毫米波频率下,由于频率的限制,由于滤波器元件必须比传输线的波长小得多,离散集总元滤波器很难实现。离散LC设计的性能和可重复性受到离散元件公差的限制。

腔滤波器是40 MHz至960 MHz频率范围内的常见方法,可在高功率下提供高选择性。它们可以实现良好的性能,但物理上很大,通常只在基础设施应用中看到,例如在单元站点进行额外过滤。

平面

使用薄膜工艺制造的平面过滤器,如微带滤波器,并且根据过滤器拓扑,可以提供高Q和合理的方法,以在与离散集成元件设计相比时在小占地面积中实现性能。在薄膜集体元件方法中,根据所需的性能,通过离散电阻,电容和电感元件实现所需的性能和滤波器元件来印刷过滤器的传输线。平面分布元件滤波器依靠精心分布的传输线来产生谐振结构,并且可以设计成比集总元件滤波器更严格的公差。分布式元件设计比在增加的频率下的集成元件设计更实用。

波导

波导滤波器的特征在于,功率处理能力高,导致它们在雷达应用中的广泛采用,优选和抑制和低损耗,因为波导本身是低损耗介质。

过滤器规格

衰减

信号经过滤波器后振幅损失的程度,用分贝来表示。

带宽

带宽是带通滤波器通带的宽度,并且表示为下3dB点之间的频率差。

隔断

通常,过滤器的响应从通带级别下降的点。

组延迟

组延迟是测量调制信号的不同组件(其各种频率的正弦波之和)将通过滤波器传播。以时间为单位(秒)测量,并且是滤波器相对于频率的阶段的导数。

插入损失

插入损耗是测试配置中的信号电平的比率而没有过滤器存在(| V1 |),在存在过滤器时(| V2 |)。当讨论时,这通常是引用通带中的损失。

公式

通频带

通频带是滤波器允许传输的频谱的一部分。

通频带回波损耗

滤波器通带中的回波损耗-参见回波损耗和通带。

BW百分比

带宽百分比是比较带宽和载波频率的一个常见的相对值。通常计算为3dBW/(中心频率)。

品质因数

谐振器的质量因子(Q)表示为每个振荡循环的存储与丢失能量的比率。通过谐振器的整体损失随着Q因子下降而增加,并且频率较低的谐振器Q的频率会更快地增加。结果,随着Q减小,通带的边缘变得更加圆润,带宽窄变窄。

拒绝

通带以外信号的衰减。如果参考通频带的IL,通常用dB或dBc来测量

回波损耗

回波损耗是由滤波器返回或反射的信号量的度量。以dB为单位,它是用反射系数的负幅值表示的功率。

公式

涟漪

纹波是通带内插入损耗变化的度量,以dB为单位。

S11

S11是散射参数,表示输入处的反射系数(r)。与退货损失有关。

S21

S21是散射参数(在测量端口是相同的阻抗的情况下)是插入损耗的测量。

公式

选择性

相对于滤波器的中心频率,对滤波器通过或拒绝特定频率能力的一种测量。选择性通常表示为在距离中心频率特定距离处通过滤波器产生的损耗。具有高选择性的滤波器在从通到停的过渡中表现出高斜率——选择性在相邻通道很近的环境中是至关重要的,高选择性使设计者能够充分利用可用带宽。

形状因子

滤波器的阻带与通带之比。形状系数越高,通常滤光器对理论性能的影响越大。

阻带

滤波器达到其要求的频带外抑制

温度稳定性

担心温度如何随温度而变化。一种方法是在PPM /°C中定义滤波器,截止,通带等频率随温度变化的偏移

VSWR.

滤波器匹配给定阻抗(例如50欧姆系统),电压驻波比(VSWR)由S11 (r)计算。

VSWR.


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关于作者
John Hamilton在RF和微波技术,应用,技术支持和营销方面拥有40多年的经验。他是RFMW营销副总裁,拥有多度,并在测试和测量中具有背景。

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