中频滤波器

中频滤波器
1 什么是滤波器 2 中频滤波器的概念 3 中频滤波器的类别 4 实际应用
滤波器（filter）
滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输 出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的 频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频 率或消除一个特定频率。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通 过，对无用信号尽可能大的衰减利用这个特性可以将通过滤波器的一 个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。
▪ 由于数字滤波器的瞬态相应已经确定，使用合适的修正系数
可使数字滤波器获得比模拟滤波器在相同带宽的情况下更短
的扫描时间
典型选择性
模拟滤波器
数字 滤波器
模拟 15:1 数字 5:1
FFT滤波器
▪ 如果单纯为了测试精度而设置非常窄的分辨率带宽，则会造 成无法容忍的长时间扫描，因此在非常高的分辨率的情况下 建议采用FFT滤波器，从时域特性计算频谱，见下图。当采 用FFT滤波器时，频率非常高的信号不能通过A/D直接采样， 须经过与本振混频变为中频并在时域对带通信号取样
IF放大器的作用是为接收机提供增益和选择性，选择性部分由各种 不同的滤波器实现。图给出了几种用于IF放大器的滤波器。典型电路 如图8（a）所示，图中变压器带抽头，但无抽头变压器也可使用。抽 头可以提供低阻抗连接，同时保持了高阻抗调谐电路整体的优势。需 注意电容通常处于变压器隔离罩之内。另一个稍有不同的版本如图 （b）所示，这里的变压器与之前的有所不同：其次级线圈通过电容 耦合至其负载，且这个电容可能自激振荡，也可能不会。第三个版本 是将次级线圈改为不可调低阻抗的环路。
XL·XC=K2
故L型滤波器又称为K常数滤波器。
倘若一滤波器的构成部分，较K常数型具有较尖锐的截止频率（即对频率 范围选择性强），而同时对此截止频率以外的其他频率只有较小的衰减率者， 称为m常数滤波器。所谓截止频率，亦即与滤波器有尖锐谐振的频率。通带 与带阻滤波器都是m常数滤波器，m为截止频率与被衰减的其他频率之衰减比 的函数。每一m常数滤波器的阻抗与K常数滤波器之间的关系，均由m常数决 定，此常数介于0～1之间。当m接近零值时，截止频率的尖锐度增高，但对 于截止频的倍频之衰减率将随着而减小。最合于实用的m值为0.6。至于那一 频率需被截止，可调节共振臂以决定之。
滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分 开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比 较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器 构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器 而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂 为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器，最通用 者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗 XC，对任一频率为一常数，其关系为
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
模拟滤波器
▪ 模拟滤波器用来实现大的分辨率带宽。一般频谱仪为4级滤 波电路，也有5级滤波电路产品，这样可分别得到14和10的 波形因子，然而理想的高斯滤波器的波形因子为4.6
▪ 波形因子即带宽选择性，简称选择性。在实际测量中，经常 会遇到这种情形，两个频率接近的信号幅度不等，大信号形 成的响应曲线掩盖了小信号，使小信号丢失，所以很多公司 产品提供了滤波器3dB带宽，表示等幅正弦信号频率相差多 少时仍能将它们区分开，这样的合成响应曲线仍有两个峰值， 中间下沉大约3dB,如下图所示
各种中频滤波器电路图
超外差无线电接收机的大部分增益和选择性由中频（IF）放大器提供， 因此它是一个高增益、窄带宽的放大器。IF功率增益的典型值在60～ 120dB范围内，取决于具体的接收机设计。通常它的带宽比RF放大 器窄得多，举例来说，SSB接收机带宽为2．8kHz，而CW接收机为 500Hz。
滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带 的信息的过程。
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什么是中频（IF）？
IF：中频（Intermediate Frequency）
中频（IF）是一个频率，其一个载波频率在传输或接收中被转 换为一个 媒介。电磁中频是有超外差式收音机产生的。
中频（MF）的无线电传输（有时称为中波）300千赫之间的和 3000千赫（1公里100米）的频率。在世界大多数地区，中波广 播作为一个共同的乐队。该标准的调幅广播频段为525 kHz至 1715年在北美千赫，但仍然只到1615千赫其他任何地方。中波 信号有下列地球（地面波曲率属性）不断，同时也反映了在夜 间电离层（天空波）。这使得这两个地方和大陆范围的服务， 理想的频段，根据每天的时间。
▪ 有些频谱分析仪的带宽选择性定义为60dB与30dB带宽之比， 如下图，也有的频谱分析仪的选择性用60dB和6dB带宽之比 表示
3 dB 60 dB
3 dB BW
选择性 =
3 dB BW 60 dB BW
▪ 两等幅信号的测试
10 kHz RBW 3 dB
10 kHz
数字中频滤波器
▪ 通过数字滤波器可以获得很窄的带宽。和模拟滤波器相比， 理想的高斯滤波器可以实现。数字滤波器在可接受的价格内 有更好的选择性。如5级电路模拟滤波器的波形因子为10， 高斯滤波器为4.6。另外，数字滤波器有更好的温度稳定性， 无需调整，所以在带宽上更加精确
m常数滤波器对截止频率的衰减度，决定于共振臂的有效Q值之大小。 若达K常数及m常数滤波器组成级联电路， 可获得尖锐的滤波作用及良好的频率衰减。
带通滤波器
电源滤波器
低通滤波器
贴片滤波器
共模滤波器 网络滤波器
滤波器作用
滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛 的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物 理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被 转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称 之为信号。因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号， 又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。随着数字式电子计算机(一般 简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理， 产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的 理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点 上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念 既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生 存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号 在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而 畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信 号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。
图（c）给出了不同的做法。这个变压器在输入端是串联谐振带抽 头电路，在输出端是并联谐振电路。它需要使用两块隔离罩来实现。
在图（d）中给出了代表符号。这个符号代表了几种机械或晶体滤 波器，这种滤波器通常比前面的LC滤波器的带宽更窄。
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中频滤波器的类别
中频信号经放大后，然后经过中频滤波器，中频滤波器是 一个带通滤波器，它选出需要的混频分量，抵制掉其他不 需要的信号。中频滤波器的带宽决定了频谱分析仪的 RBW范围。 根据频谱分析仪类型不同，中频滤波器有模拟滤波器、 数字滤波器和FFT滤波器。
干扰。D图是一个典型的图像中频滤波器的
特性曲线。
30 31 .5 33 .57 38 39 .5
f / MHz
D图： SAWF中频特性
手机中的中频滤波器
中频滤波器也是带通滤波器，它在手机电路中很重要，对接收机盼性能影响 很大，一旦损坏会造成手机无接收、接收差等故障。不同的手机，中频滤波 器可能不一样，但通常来说，接收电路的第一混频器后面的第一中频滤波器 体积较大，第二中频滤波器则小些，而第二中频滤波器通常对接收电路的性 能影响更大。 在手机电路中，滤波器的引脚在下面，这类元件称为SON封装模块。实际应 用中，其主要是输入、输出的接地端。滤波器是无源器件，所以没有供电端。 滤波器是易损元件，受震动或受潮都会导致其损坏或损耗增加。可以用频谱 分析仪测滤波器的带宽、Q值、中民频点等参数。 滤波器无法用万用表检测，在实际维修中可简单地用跨接电容的方法判断其 好坏，也可用元件代换法鉴别。
信 号 源~
吸 声 材料
输 入 IDT
输 出 IDT
SA WF 负载
压 电 介质 基 片
吸 声 材料
B图：SAWF的原理示意图
从B图中可以看出，在压电介质基片上，制备 着两组叉指形换能器（IDT）。信号加到输入IDT 时，交变电场激起声表面波；声表面波传到输出 IDT时，恢复出电信号。其传输特性主要取决于 IDT的几何形状。为减小界面反射，两端IDT外表 面覆有吸声材料。声表面波集中在电介质的表面 传播，激发和检取都较便利。声表面波在基片表 面的传播速度比电磁波的传播速度小105数量级， 且与频率无关，因而这种滤波器的体积小，对各 频率分量的延时都一样。 C图所示为一个实际电 路的例子，为了补偿SAWF的插入损耗，在其前 面加一级前置中频放大器。
1）RLC
这种中频滤波器主要是由R、L、C分离 元件构成，利用LC串联或并联谐振的频率 阻抗特性来实现各自的滤波作用的。A图为 一种实际的图像中频滤波电路。
10 pF L 1 C1
C2 C3
C4
R1
51
L2
L3
R2
C5
C6
L4
L5
A图：图像中频滤波电路
2）声表面波滤波器（SAWF）
目前世界上生产的黑白和彩色电视机均采用声 表面波ຫໍສະໝຸດ Baidu波器（SAWF）完成中频滤波任务。它 是利用压电晶体表面传播机械波（超声波）时引 起周期性机械形变，以及压电效应使机械振动与 交变电信号相互转换这一特点而制成的固体元件。 经过合理设计叉指形电极的几何结构，可使该元 件对中频信号的频率响应符合中频滤波器的要求。 使用声表面波滤波器后，可一次性形成中放所需 的幅频特性，从而实现了中放级的无调整化。声 表面波滤波器的原理示意图如B图所示。
R2 P IF信 号 C1
R1 L1
R3
＋ 12 V
R4
L2
C2
SA WF ～
R5
去
L3
中
频 R6 集
成
电
路
C图：SAWF实用电路
因SAWF的输入、输出电容大，故常在
外电路并接电感，R1、L1用来与调谐器匹 配，输出换能器并接电感L3，并谐振于中 心频率。输入端的L2是高频扼流圈，故输 入端处于失谐状态，目的是减少反射波的
X(t)
A/D
RAM
FFT
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电视机中的中频滤波器
中频滤波器主要用来衰减本频道的伴音中频 （31.5 MHz）、 相邻低频道的伴音中频 （39.5 MHz）和相邻高频道的图像中频（30 MHz），以便抑制它们对图像信号的干扰。 电视机中常用的中频滤波器有两种电路形式： 一种是由RLC网络组成的带通滤波器；另一 种是由声表面波滤波器（SAWF）组成的带 通滤波器。