正確選擇射頻濾波器的八大竅門

2017-07-02 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

來(lái)源:微波射頻網(wǎng)

微波濾波器搭建起來(lái)很簡(jiǎn)單,但理解起來(lái)比較復(fù)雜。它們?cè)谙到y(tǒng)中完成一個(gè)基本的功能:阻止某些信號(hào),通過(guò)其它信號(hào)。但可以用許多不同的方式實(shí)現(xiàn)這種功能,而且有許多不同的副作用,例如系統(tǒng)幅度和相位響應(yīng)失真等。因此在選擇濾波器之前,了解它們之間的差異很有幫助。

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(guò)來(lái)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(wèn)題。嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致產(chǎn)品不能通過(guò)“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。

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各種類型的微波射頻濾波器

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,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(hào)通過(guò),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。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。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(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(guò)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(jiàn),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。

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(duì)衰減:測(cè)到的最小衰減點(diǎn)處衰減與理想抑制點(diǎn)的衰減的差異。通常,相對(duì)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(yán)重,反之亦然。

抑制:同上。

工作溫度:濾波器設(shè)計(jì)的工作溫度范圍。

▼3.不要追求不切實(shí)際的濾波器特性

工程師有時(shí)會(huì)提出如下的要求:“我需要通頻帶為1,490~1,510 MHz,1,511 MHz處的抑制大小為70 dB。”這一要求無(wú)法實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上,抑制是逐漸變化的,不是90°急劇下降,更實(shí)際的參數(shù)為偏離中心頻率約10%。

另一個(gè)情況是要求濾波器例如“抑制1,960 MHz頻率以上的所有成分?！边@時(shí),工程師必須意識(shí)到不可能衰減該抑制頻率直到無(wú)限高頻率之間的所有頻率。必須設(shè)置某些邊界。更現(xiàn)實(shí)的方法或許是,將通頻帶附近的特定抑制頻率衰減兩到三倍。

▼4.爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)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(wú)窮大之間,用來(lái)表示反射能量的大小。1表示所有能量都無(wú)損耗通過(guò)。大于1 的所有值都表示有部分能量被反射,即浪費(fèi)了。

但是,在實(shí)際的電子電路中,1:1 的VSWR幾乎不可能達(dá)到。通常,比值1:5更實(shí)際一些。如果要求達(dá)到的值小于該值,則會(huì)降低效益成本比。

▼5.考慮功率處理能力

功率處理能力為以瓦為單位的額定平均功率,超過(guò)該值則濾波器性能會(huì)降低或者失效。此外還需要注意,濾波器的尺寸在某種程度上決定于其功率處理能力的要求。一般地,功率越大,則濾波器所占電路板面積越大。

▼6.同時(shí)、雙向通訊中的隔離因素

隔離是雙工器的一個(gè)特別重要的方面,從接收通道看時(shí),隔離表示濾波器抑制傳輸頻率的能力,反之亦然。隔離越大,則兩者分得越開,傳輸信號(hào)和接收信號(hào)就越干凈。

▼7.注意作出取舍

性能越高則成本越高。這正是為什么需要準(zhǔn)確定義的原因,因?yàn)闇?zhǔn)確定義可以減少不需要的極端情況,因而能夠避免不必要的費(fèi)用開支。

除此之外,對(duì)其他因素也需要互相權(quán)衡。例如,抑制頻率與中心頻率越接近,則濾波器越復(fù)雜,這有時(shí)會(huì)造成插入損耗更大。

另外,濾波器性能越高通常使其占板面積越大。例如,從通頻帶到抑制的非常陡峭的轉(zhuǎn)變需要具備更多腔體和段數(shù),使濾波器更復(fù)雜。但是如果電路板費(fèi)用很重要,則性能有時(shí)必須有所削減。

▼8.尋找可以在各種要求之間作出平衡的制造商

雖然濾波器銷售商與濾波器性能的固有特性無(wú)關(guān),但選擇濾波器銷售商時(shí),還是需要像關(guān)注元件本身要求一樣對(duì)此予以關(guān)注。一個(gè)優(yōu)秀而穩(wěn)定的專門生產(chǎn)濾波器的制造商,能時(shí)常生產(chǎn)出特定部件來(lái)彌補(bǔ)產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷。