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(shù)字電子知識(shí)的設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要給無(wú)線器件確定濾波器參數(shù)時(shí)，急需復(fù)習(xí)射頻基礎(chǔ)知識(shí)。如果沒有考慮濾波器類型和最低技術(shù)規(guī)格要求方面的基本要素，可能導(dǎo)致產(chǎn)品不能通過“測(cè)試”，結(jié)果產(chǎn)品又得重新開始設(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。事實(shí)上，這種知識(shí)有助于在提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的成功機(jī)會(huì)的同時(shí)，控制生產(chǎn)費(fèi)用。

　　從基礎(chǔ)開始

　　在當(dāng)今無(wú)線領(lǐng)域，激烈的擴(kuò)展帶寬的競(jìng)爭(zhēng)迫使人們要更加關(guān)注濾波器的性能。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，反過來使設(shè)計(jì)組又得處理串?dāng)_、掉線、數(shù)據(jù)丟失以及網(wǎng)絡(luò)連接中斷的問題。

　　濾波器定義不完整或不準(zhǔn)確這一問題產(chǎn)生的部分原因是目前電子市場(chǎng)對(duì)數(shù)字電子很熱衷。根據(jù)某些統(tǒng)計(jì)，80%～90%的新電子設(shè)計(jì)工程師都是軟件和數(shù)字方面的。知識(shí)缺口就在于此，因?yàn)椴还軅鬏數(shù)男畔⑹欠袷菙?shù)字形式，當(dāng)信息通過無(wú)線電或微波傳輸時(shí)，載波信號(hào)總是遵守電磁學(xué)物理定律。

　　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，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，哪些不能通過。

　　無(wú)疑，這一組中最常見的是帶通濾波器。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，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。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(shù)。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(shù)

　　經(jīng)常出現(xiàn)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(yīng)商實(shí)在難以根據(jù)這么點(diǎn)信息就簽單。

　　給出所有必要的信息從詳細(xì)給出所有頻率參數(shù)開始，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始的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，該轉(zhuǎn)換點(diǎn)一般為3 dB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，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)x信號(hào)與Tx信號(hào)隔離開的能力就越強(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。