非常好的滤波器基础知识

非常好的滤波器基础知识
滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一，主要是用来作频率选择----让需要的频率信号通过而反射不需要的干扰频率信号。

经典的滤波器应用实例是接收机或发射机前端，如图1、图2所示：
从图1中可以看到，滤波器广泛应用在接收机中的射频、中频以及基带部分。

虽然对这数字技术的发展，采用数字滤波器有取代基带部分甚至中频部分的模拟滤波器，但射频部分的滤波器任然不可替代。

因此，滤波器是射频系统中必不可少的关键性部件之一。

滤波器的分类有很多种方法。

例如：按频率选择的特性可以分为：低通、高通、带通、带阻滤波器等；
按实现方式可以分为：LC滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、介质滤波器、腔体滤波器、高温超导滤波器、平面结构滤波器。

按不同的频率响应函数可以分为：切比雪夫、广义切比雪夫、巴特沃斯、高斯、贝塞尔函数、椭圆函数等。

对于不同的滤波器分类，主要是从不同的滤波器特性需求来描述滤波器的不同特征。

滤波器的这种众多分类方法所描述的滤波器不同的众多特征，集中体现出了实际工程应用中对滤波器的需求是需要综
合考量的，也就是说对于用户需求来做设计时，需要综合考虑用户需求。

滤波器选择时，首先需要确定的就是应该使用低通、高通、带通还是带阻的滤波器。

下面首先介绍一下按频率选择的特性分类的高通、低通、带通以及带阻的频率响应特性及其作用。

巴特沃斯切比雪夫带通滤波器
巴特沃斯切比雪夫高通滤波器
最常用的滤波器是低通跟带通。

低通在混频器部分的镜像抑制、频率源部分的谐波抑制等有广泛应用。

带通在接收机前端信号选择、发射机功放后杂散抑制、频率源杂散抑制等方面广泛使用。

滤波器在微波射频系统中广泛应用，作为一功能性部件，必然有其对应的电性能指标用于描述系统对该部件的性能需求。

对应不同的应用场合，对滤波器某些电器性能特性有不同的要求。

描述滤波器电性能技术指标有：
阶数（级数）
绝对带宽/相对带宽
截止频率
驻波
带外抑制
纹波
损耗
通带平坦度
相位线性度
绝对群时延
群时延波动
功率容量
相位一致性
幅度一致性
工作温度范围下面对滤波器这些电性能指标作逐一解释。

阶数（级数）：对于高通和低通滤波器来讲，阶数就是滤波器中电容、电感的个数总和。

对于带通滤波器来讲，阶数是并联谐振器的总数；对于带阻滤波器来讲，阶数是串联谐振器与并联谐振器的总数。

绝对带宽/相对带宽：该指标通常用于带通滤波器，表征可以通过滤波器的信号频率范围，体现滤波器的频率选择。

相对带宽是绝对带宽与中心频率的百分比。

五阶高通滤波器
截止频率：截止频率通常用于高通跟低通滤波器。

对于低通滤波器截止表征滤波器最高能通过的频率范围；对于高通滤波器，截止频率表征滤波器最低能通过的频率范围。

驻波：即矢网测得的S11，表示滤波器端口阻抗与系统所需阻抗的匹配程度。

表示输入信号有多少未能进入滤波器而被反射回输入端。

九阶低通滤波器仿真曲线
损耗：损耗表示信号通过滤波器后损失的能量，也就是滤波。