掌握這些訣竅能幫你正確地選擇射頻濾波器
發布時間:2017-02-28 責任編輯:wenwei
【導讀】對於具有高深數字電子知識的設計師有時候也需要複習射頻基礎知識。其中,射頻濾波器shiyongyugaopingongzuodedianzishebeizhong,yongyujiaodadeshuaijiangaopindianzishebeisuochanshengdegaopinganraoxinhao。yinci,shepinlvboqidexuanzeduiyudianzishebeiyouzhongyaoyiyi,benwentongguoduilvboqixingnengcanshudemouxiezhongyaojichujinxingkuaisuzhongwen,kebangzhugongchengshizhengquezhaochumanzutedingyingyongdelvboqi。
1、了解基本響應曲線
濾波器的基本響應曲線包括:帶通、低通、高通、帶阻、雙工器,如圖1A-1F所示。每一個特定形狀都決定了哪些頻率可以通過,哪些不能通過。

無wu疑yi,這zhe一yi組zu中zhong最zui常chang見jian的de是shi帶dai通tong濾lv波bo器qi。所suo有you工gong程cheng師shi都dou知zhi道dao,帶dai通tong濾lv波bo器qi允yun許xu兩liang個ge特te定ding頻pin率lv之zhi間jian的de信xin號hao通tong過guo,對dui其qi它ta頻pin率lv的de信xin號hao進jin行xing抑yi製zhi。例li如ru聲sheng表biao麵mian波bo濾lv波bo器qi(SAW)、晶體濾波器、陶瓷和腔體濾波器。作為參考,Anatech Electronics 公司製造的腔體帶通濾波器的頻率覆蓋範圍為15 MHz~20 GHz,帶寬在1%~100%範圍。下表給出了Anatech Electronics公司的集總元件帶通濾波器的全部技術參數。所有製造商都采用了用濾波器中心頻率兩邊0.5 dB、1 dB或3 dB衰減點定義通頻帶的方法。
2、包括所有必要的技術參數
經常出現這一情況,工程師給出一個需要“一個100 MHz帶通濾波器”的簡短要求,這一要求顯然信息量太少了。濾波器供應商實在難以根據這麼點信息就簽單。
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3 dB點之間的中點,一般用兩個3 dB點的算術平均來表示。
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換點,該轉換點一般為3 dB點。
抑製頻率:信號衰減某些特定值或值的集合的特定頻率或頻率組。有時定義理想通帶之外的頻率區為抑製頻率或頻率組,所經過的衰減稱為抑製。
濾波器類型決定了特定頻率。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,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)通道時為抑製傳輸(Tx)頻率的能力,考慮傳輸(Tx)頻率時為抑製接收(Rx)頻率的能力,稱為Rx/Tx隔離。隔離度越高,濾波器能夠將Rx信號與Tx信號隔離開的能力就越強,反之亦然。其結果是傳輸和接收信號都更加幹淨。
插入損耗(IL):表示器件中功率損耗的一個值,IL =10Log(Pl/Pin),與頻率無關,其中Pl為負載功率,Pin為從發生器輸入的功率。
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。回波損耗定義為:RL = 10Log(Pr/Pin),與頻率無關,其中Pr為反射回發生器的功率。
群延遲(GD):群(qun)延(yan)遲(chi)表(biao)示(shi)器(qi)件(jian)相(xiang)位(wei)線(xian)性(xing)的(de)大(da)小(xiao)。由(you)於(yu)相(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)出(chu)現(xian)於(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan),了(le)解(jie)這(zhe)種(zhong)相(xiang)移(yi)隨(sui)頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)是(shi)否(fou)為(wei)線(xian)性(xing)很(hen)重(zhong)要(yao)。如(ru)果(guo)相(xiang)移(yi)隨(sui)頻(pin)率(lv)非(fei)線(xian)性(xing)變(bian)化(hua),輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)將(jiang)發(fa)生(sheng)畸(ji)變(bian)。群(qun)延(yan)遲(chi)定(ding)義(yi)為(wei)相(xiang)移(yi)隨(sui)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)的(de)導(dao)數(shu)。因(yin)為(wei)線(xian)性(xing)函(han)數(shu)的(de)導(dao)數(shu)為(wei)常(chang)數(shu),所(suo)以(yi)線(xian)性(xing)相(xiang)移(yi)引(yin)起(qi)的(de)群(qun)延(yan)遲(chi)為(wei)常(chang)數(shu)。
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。
阻抗:以歐姆為單位的濾波器源阻抗(輸入)和端接阻抗(輸出)。一般情況下,輸入阻抗和輸出阻抗相同。
相對衰減:測到的最小衰減點處衰減與理想抑製點的衰減的差異。通常,相對衰減以dBc為單位表示。
紋波(Ar):表示濾波器通頻帶平坦度的大小,一般以分貝表示。濾波器紋波的大小影響回波損耗。紋波越大,則回波損耗越嚴重,反之亦然。
抑製:同上。
工作溫度:濾波器設計的工作溫度範圍。
3、不要追求不切實際的濾波器特性
工程師有時會提出如下的要求:“我需要通頻帶為1,490~1,510 MHz,1,511 MHz處的抑製大小為70 dB。”這一要求無法實現。實際上,抑製是逐漸變化的,不是90°急劇下降,更實際的參數為偏離中心頻率約10%。
另一個情況是要求濾波器例如“抑製1,960 MHz頻率以上的所有成分。”這(zhe)時(shi),工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)意(yi)識(shi)到(dao)不(bu)可(ke)能(neng)衰(shuai)減(jian)該(gai)抑(yi)製(zhi)頻(pin)率(lv)直(zhi)到(dao)無(wu)限(xian)高(gao)頻(pin)率(lv)之(zhi)間(jian)的(de)所(suo)有(you)頻(pin)率(lv)。必(bi)須(xu)設(she)置(zhi)某(mou)些(xie)邊(bian)界(jie)。更(geng)現(xian)實(shi)的(de)方(fang)法(fa)或(huo)許(xu)是(shi),將(jiang)通(tong)頻(pin)帶(dai)附(fu)近(jin)的(de)特(te)定(ding)抑(yi)製(zhi)頻(pin)率(lv)衰(shuai)減(jian)兩(liang)到(dao)三(san)倍(bei)。
4、爭取實現合理的VSWR
常使用電壓駐波比(VSWR)表示濾波器的效率,為一比值,大小在1到無窮大之間,用來表示反射能量的大小。1表示所有能量都無損耗通過。大於1 的所有值都表示有部分能量被反射,即浪費了。
但是,在實際的電子電路中,1:1 的VSWR幾乎不可能達到。通常,比值1:5更實際一些。如果要求達到的值小於該值,則會降低效益成本比。
5、考慮功率處理能力
gonglvchulinengliweiyiwaweidanweideedingpingjungonglv,chaoguogaizhizelvboqixingnenghuijiangdihuozheshixiao。ciwaihaixuyaozhuyi,lvboqidechicunzaimouzhongchengdushangjuedingyuqigonglvchulinenglideyaoqiu。yibandi,gonglvyueda,zelvboqisuozhandianlubanmianjiyueda。zhizaoshang,ruAnatech,一直致力於使用新型算法來滿足這些挑戰性的利益需求,預先在算法上作規劃能節省成本。
6、同時、雙向通訊中的隔離因素
隔ge離li是shi雙shuang工gong器qi的de一yi個ge特te別bie重zhong要yao的de方fang麵mian,從cong接jie收shou通tong道dao看kan時shi,隔ge離li表biao示shi濾lv波bo器qi抑yi製zhi傳chuan輸shu頻pin率lv的de能neng力li,反fan之zhi亦yi然ran。隔ge離li越yue大da,則ze兩liang者zhe分fen得de越yue開kai,傳chuan輸shu信xin號hao和he接jie收shou信xin號hao就jiu越yue幹gan淨jing。
7、注意作出取舍
性xing能neng越yue高gao則ze成cheng本ben越yue高gao。這zhe正zheng是shi為wei什shen麼me需xu要yao準zhun確que定ding義yi的de原yuan因yin,因yin為wei準zhun確que定ding義yi可ke以yi減jian少shao不bu需xu要yao的de極ji端duan情qing況kuang,因yin而er能neng夠gou避bi免mian不bu必bi要yao的de費fei用yong開kai支zhi。
除此之外,對其他因素也需要互相權衡。例如,抑製頻率與中心頻率越接近,則濾波器越複雜,這有時會造成插入損耗更大。
另ling外wai,濾lv波bo器qi性xing能neng越yue高gao通tong常chang使shi其qi占zhan板ban麵mian積ji越yue大da。例li如ru,從cong通tong頻pin帶dai到dao抑yi製zhi的de非fei常chang陡dou峭qiao的de轉zhuan變bian需xu要yao具ju備bei更geng多duo腔qiang體ti和he段duan數shu,使shi濾lv波bo器qi更geng複fu雜za。但dan是shi如ru果guo電dian路lu板ban費fei用yong很hen重zhong要yao,則ze性xing能neng有you時shi必bi須xu有you所suo削xue減jian。
8、尋找可以在各種要求之間作出平衡的製造商
suiranlvboqixiaoshoushangyulvboqixingnengdeguyoutexingwuguan,danxuanzelvboqixiaoshoushangshi,haishixuyaoxiangguanzhuyuanjianbenshenyaoqiuyiyangduiciyuyiguanzhu。yigeyouxiuerwendingdezhuanmenshengchanlvboqidezhizaoshang,nengshichangshengchanchutedingbujianlaimibuchanpinshejiquexian。
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