滤波器基础知识简介讲稿.ppt

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1、关于滤波器基础知识简介第一页，讲稿共五十页哦内容提要概要概要滤波器的类型滤波器的类型界定滤波器性能的电特性指标界定滤波器性能的电特性指标各种滤波的性能特点各种滤波的性能特点总结总结第二页，讲稿共五十页哦概要 滤波器是射频系统中必不可少的关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让需要的频率信号通过而反射不需要的干扰频率信号。频率信号。经典的滤波器应用实例是接收机或经典的滤波器应用实例是接收机或发射机前端，如图发射机前端，如图1、图、图2所示：所示：第三页，讲稿共五十页哦概要图1 超外差接收机前段第四页

2、，讲稿共五十页哦概要从图从图1中可以看到，滤波器广泛应用在接收中可以看到，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。是射频系统中必不可少的关键性部件之一。第五页，讲稿共五十页哦滤波器的类型滤波器的分类有很多种方法。例如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、

3、高通、按频率选择的特性可以分为：低通、高通、带通、带阻滤波器等；带通、带阻滤波器等；按实现方式可以分为：按实现方式可以分为：LCLC滤波器、声表面滤波器、声表面波波/体声波滤波器、螺旋滤波器、介质体声波滤波器、螺旋滤波器、介质滤波器、腔体滤波器、高温超导滤波器、滤波器、腔体滤波器、高温超导滤波器、平面结构滤波器。平面结构滤波器。第六页，讲稿共五十页哦滤波器的类型按不同的频率响应函数可以分为：切比雪夫、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、贝塞尔函广义切比雪夫、巴特沃斯、高斯、贝塞尔函数、椭圆函数等。数、椭圆函数等。对于不同的滤波器分类，主要是从不同的对于不同的滤

4、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。滤波器特性需求来描述滤波器的不同特征。第七页，讲稿共五十页哦滤波器的类型滤波器的这种众多分类方法所描述的滤波器不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，需要综合考虑用户对于用户需求来做设计时，需要综合考虑用户需求。需求。滤波器选择时，首先需要确定的就是应该使用低通、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。高通、带通还是

5、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、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。低通、带通以及带阻的频率响应特性及其作用。第八页，讲稿共五十页哦滤波器的类型巴特沃斯与切比雪夫低通滤波器巴特沃斯与切比雪夫低通滤波器第九页，讲稿共五十页哦滤波器的类型巴特沃斯与切比雪夫带通滤波器巴特沃斯与切比雪夫带通滤波器第十页，讲稿共五十页哦滤波器的类型巴特沃斯与切比雪夫高通滤波器巴特沃斯与切比雪夫高通滤波器第十一页，讲稿共五十页哦滤波器的类型巴特沃斯与切比雪夫带阻滤波器巴特沃斯与切比雪夫带阻滤波器第十二页，讲稿共五十页哦滤波器的类型最常用的滤波器是

6、低通跟带通。低通在混频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、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、频率源杂散抑制等发射机功放后杂散抑制、频率源杂散抑制等方面广泛使用。方面广泛使用。第十三页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标滤波器在微波射频系统中广泛应用，作为一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。于描述系统对该部件的性能需求。对应不同的应用场合

7、，对滤波器某些电器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。性能特性有不同的要求。第十四页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标描述滤波器电性能技术指标有：描述滤波器电性能技术指标有：阶数（级数）阶数（级数）绝对带宽绝对带宽/相对带宽相对带宽截止频率截止频率驻波驻波带外抑制带外抑制纹波纹波第十五页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标损耗损耗通带平坦度通带平坦度相位线性度相位线性度绝对群时延绝对群时延群时延波动群时延波动功率容量功率容量相位一致性相位一致性第十六页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标幅度一致性幅度一致性工作温度范围工作温度范围第十七页，讲稿共五十页

8、哦界定滤波器性能的电特性指标下面对滤波器这些电性能指标作逐一解释。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（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；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。联谐振器的总数。绝对带宽绝对带宽/相对带宽：该指标通常用于带通滤相对带宽：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，波器，表征可以通过滤波

9、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。宽与中心频率的百分比。第十八页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标五阶低通滤波器五阶高通滤波器第十九页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标二阶带通滤波器五阶带阻滤波器第二十页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标六阶带通滤波器仿真曲线第二十一页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标截止频率：截止频率通常用于高通跟低通滤波器。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

10、于高通滤波器，截止频率表征滤波器率范围；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。最低能通过的频率范围。驻波：即矢网测得的驻波：即矢网测得的S11，表示滤波器端口阻抗，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。少未能进入滤波器而被反射回输入端。第二十二页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标九阶低通滤波器仿真曲线九阶低通滤波器仿真曲线第二十三页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标损耗：损耗表示信号通过滤波器后损失的损耗：损耗表示信号通过滤波器后损失的能量，也就是滤波器消耗的能量

11、。能量，也就是滤波器消耗的能量。通带平坦度：滤波器通带范围内损耗最大值与通带平坦度：滤波器通带范围内损耗最大值与损耗最小值之差的绝对值。表征滤波器对不同损耗最小值之差的绝对值。表征滤波器对不同频率信号的能量消耗的区别。频率信号的能量消耗的区别。带外抑制：滤波器通带频率范围以外的带外抑制：滤波器通带频率范围以外的“衰减衰减量量”。表征滤波器对不需要的频率信号的选择。表征滤波器对不需要的频率信号的选择能力。能力。第二十四页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标损耗：损耗表示信号通过滤波器后损失损耗：损耗表示信号通过滤波器后损失带通滤波器仿真带通滤波器仿真S参数曲线参数曲线第二十五页，讲稿共五十

12、页哦界定滤波器性能的电特性指标纹波：滤波器通带内纹波：滤波器通带内S21曲线起伏的波峰与波谷曲线起伏的波峰与波谷之间的差值。之间的差值。相位线性度：滤波器通带频率范围内相位与相位线性度：滤波器通带频率范围内相位与一条与中心频率时延相等的传输线之间的相一条与中心频率时延相等的传输线之间的相位差值。表征滤波器的色散特性。位差值。表征滤波器的色散特性。绝对群时延：滤波器通带范围内信号从输入端绝对群时延：滤波器通带范围内信号从输入端口传输至输出端口所用的时间。口传输至输出端口所用的时间。群时延波动：滤波器通带范围内绝对群时延最大值群时延波动：滤波器通带范围内绝对群时延最大值与最小值之差。表征滤波器的色

13、散特性。与最小值之差。表征滤波器的色散特性。第二十六页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标带通滤波器仿真带通滤波器仿真S参数曲线参数曲线第二十七页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标带通滤波器仿真带通滤波器仿真S参数曲线参数曲线第二十八页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标带通滤波器仿真群时延曲线带通滤波器仿真群时延曲线第二十九页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标功率容量：可以输入滤波器的通带信号的最大功率容量：可以输入滤波器的通带信号的最大功率。功率。相位一致性：同一指标同一批次不同滤波器之相位一致性：同一指标同一批次不同滤波器之间的传输信号相位的差值。表征批次滤波

14、器之间的传输信号相位的差值。表征批次滤波器之间的差别（一致性）。间的差别（一致性）。幅度一致性：同一指标同一批次不同滤波器幅度一致性：同一指标同一批次不同滤波器之间的传输信号损耗的差值。表征批次滤波之间的传输信号损耗的差值。表征批次滤波器之间的差别（一致性）。器之间的差别（一致性）。第三十页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标工作温度范围：滤波器能按用户需求指标能工作温度范围：滤波器能按用户需求指标能正常工作的温度范围。表征滤波器的对温度正常工作的温度范围。表征滤波器的对温度环境的适应性。环境的适应性。第三十一页，讲稿共五十页哦界定滤波器性能的电特性指标带通滤波器相位线性度仿真曲线带通滤

15、波器相位线性度仿真曲线第三十二页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点各种不同结构类型的滤波器，有自身不同的性能特各种不同结构类型的滤波器，有自身不同的性能特点，这些特点对应着不同的应用场合。点，这些特点对应着不同的应用场合。合理的选择滤波器的结构，有助于改善不同需求的合理的选择滤波器的结构，有助于改善不同需求的系统性能。系统性能。下面讲述不同结构类型的滤波器的优缺点。下面讲述不同结构类型的滤波器的优缺点。第三十三页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点LC滤波器滤波器 LC滤波器是采用恰当的电容、电感来构成的滤滤波器是采用恰当的电容、电感来构成的滤波器，实际设计中，波器，实际设计中，LC滤波器通

16、常可实现低通、滤波器通常可实现低通、带通、高通、带阻滤波器。带通、高通、带阻滤波器。LC滤波器的优点是：体积小、成本低、寄生通滤波器的优点是：体积小、成本低、寄生通带远，但其缺点是相对损耗大，带外选择性能较带远，但其缺点是相对损耗大，带外选择性能较差，功率容量小。另外，差，功率容量小。另外，LC滤波器中电感采用绕滤波器中电感采用绕制线圈的方式，因此较难实现高频滤波的电感。因制线圈的方式，因此较难实现高频滤波的电感。因此此LC滤波器通常只用来设计制作滤波器通常只用来设计制作4GHz以下频率以下频率的滤波器。的滤波器。第三十四页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点LC滤波器滤波器第三十五页，讲稿共

17、五十页哦各种滤波器的性能特点声表面波声表面波/体声波滤波器体声波滤波器声表采用将电能转换为表面声波的方式，利用声声表采用将电能转换为表面声波的方式，利用声波共振效应实现的滤波。该声表面波滤波器的特波共振效应实现的滤波。该声表面波滤波器的特点是体积非常小，点是体积非常小，Q Q值相对值相对LCLC高，采用半导体工高，采用半导体工艺适合批量生产。一只艺适合批量生产。一只800MHz800MHz左右的滤波器体积左右的滤波器体积大概只有一个大概只有一个08050805电容大小。其缺点是功率容量小，电容大小。其缺点是功率容量小，不适合小批量定制产品，研发周期长，研发成本高。不适合小批量定制产品，研发周期

18、长，研发成本高。声表滤波器通常应用在终端消费电子产品中。声表滤波器通常应用在终端消费电子产品中。第三十六页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点螺旋滤波器螺旋滤波器螺旋滤波器是一种半集总参数的滤波器，其采用放螺旋滤波器是一种半集总参数的滤波器，其采用放置在空腔内的螺旋电感的自谐振来实现谐振器，通置在空腔内的螺旋电感的自谐振来实现谐振器，通过相邻谐振器的空间磁场实现耦合。过相邻谐振器的空间磁场实现耦合。其优点是：体积较腔体小，其优点是：体积较腔体小，Q值、功率容量较值、功率容量较LC高。高。其缺点是：较难实现宽带，高频部分电感不易实现。其缺点是：较难实现宽带，高频部分电感不易实现。螺旋滤波器通常用

19、在螺旋滤波器通常用在500MHz以下以下20%相对带宽，相对带宽，100W平均功率，对插损有一定要求的场合。平均功率，对插损有一定要求的场合。第三十七页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点螺旋滤波器螺旋滤波器第三十八页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点介质滤波器介质滤波器介质滤波器是采用介质填充的四分之一波长介质滤波器是采用介质填充的四分之一波长短路线或者二分之一开路线实现的半集总滤短路线或者二分之一开路线实现的半集总滤波器。其优点是波器。其优点是Q Q值较值较LCLC高，可以实现较高，可以实现较LCLC滤滤波器频率高的滤波器。其缺点是寄生较近，谐波器频率高的滤波器。其缺点是寄生较近，谐振器

20、需要定制。振器需要定制。第三十九页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点介质滤波器介质滤波器第四十页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点腔体滤波器腔体滤波器腔体滤波器是滤波器家族中最为重要的类型之一，腔体滤波器是滤波器家族中最为重要的类型之一，在射频系统中的前端有非常广泛的应用。其中发在射频系统中的前端有非常广泛的应用。其中发射后端（功放后）、接收前端（射后端（功放后）、接收前端（LNALNA前前/后）均为后）均为不可为其他类型滤波器替代。腔体滤波器可以不可为其他类型滤波器替代。腔体滤波器可以分为：梳状、交指、波导腔、介质腔等。其中分为：梳状、交指、波导腔、介质腔等。其中梳状结构可实现梳状结构可

21、实现200MHz15GHz200MHz15GHz，带宽，带宽30%30%内的各内的各种指标要求的滤波器；交指可实现种指标要求的滤波器；交指可实现800MHz26GHz800MHz26GHz，带宽，带宽40%40%以内的各种指标要求的滤波器。以内的各种指标要求的滤波器。第四十一页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点波导腔常用来实现波导腔常用来实现8GHz60GHz,8GHz60GHz,相对带宽相对带宽15%15%以内以内的滤波器。介质腔体滤波器通常用来实现的滤波器。介质腔体滤波器通常用来实现2GHz18GHz,2GHz18GHz,相对带宽相对带宽0.1%1.5%0.1%1.5%以内的各种技术以内

22、的各种技术指标的滤波器。指标的滤波器。梳状腔体滤波器与其他几种腔体滤波器相比最大的梳状腔体滤波器与其他几种腔体滤波器相比最大的优点是可实现相对带宽较宽的远寄生通带特性，同优点是可实现相对带宽较宽的远寄生通带特性，同时在相同带宽以及带外抑制的情况下可以做到腔体时在相同带宽以及带外抑制的情况下可以做到腔体滤波器中的最小体积。但是梳状腔由于腔体内存在滤波器中的最小体积。但是梳状腔由于腔体内存在加载电容，因此功率容量较低。加载电容，因此功率容量较低。第四十二页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点梳状腔体滤波器梳状腔体滤波器第四十三页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点交指滤波器最大的特点是可以实现宽带

23、，如果交指滤波器最大的特点是可以实现宽带，如果采用冗余谐振杆，考虑到机加可是线性，其相采用冗余谐振杆，考虑到机加可是线性，其相对带宽通常可以宽达对带宽通常可以宽达60%60%。同时在。同时在K K波段时，宽带波段时，宽带的梳状滤波器机加基本无法加工并且调试螺钉无的梳状滤波器机加基本无法加工并且调试螺钉无法放置，因此在该条件下通常采用交指结构。交法放置，因此在该条件下通常采用交指结构。交指结构与梳状相比其寄生通带较近，通常其寄生指结构与梳状相比其寄生通带较近，通常其寄生通带在通带在1.8F01.8F0左右。同体积下，交指滤波器较梳状左右。同体积下，交指滤波器较梳状滤波器功率容量大。滤波器功率容量

24、大。第四十四页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点交指双工器交指双工器第四十五页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点波导腔滤波器具有高波导腔滤波器具有高Q Q、高功率容量等特点，但是、高功率容量等特点，但是波导腔的滤波器一般体积较大，在对损耗要求不是波导腔的滤波器一般体积较大，在对损耗要求不是太高的情况下，一般都是使用交指或梳状滤波器来太高的情况下，一般都是使用交指或梳状滤波器来实现。但是对损耗要求较高的窄带滤波器，并且对实现。但是对损耗要求较高的窄带滤波器，并且对体积要求不高的条件下，波导腔还是较好的选择之体积要求不高的条件下，波导腔还是较好的选择之一。一般同等技术指标下，波导腔滤波器的损耗

25、约一。一般同等技术指标下，波导腔滤波器的损耗约为交指或者梳状滤波器的一半。此外，波导腔滤波为交指或者梳状滤波器的一半。此外，波导腔滤波器的功率容量大约比交指、梳状滤波器的功率容量器的功率容量大约比交指、梳状滤波器的功率容量高一个数量级，因此在大功率雷达高一个数量级，因此在大功率雷达第四十六页，讲稿共五十页哦各种滤波器的性能特点天线馈源处常使用波导腔滤波器。另外，当频率很高，天线馈源处常使用波导腔滤波器。另外，当频率很高，在在K K（1826.5GHz)1826.5GHz)、KaKa （26.540GHz)26.540GHz)、Q Q （3360GHz)3360GHz)波段波段,梳状、交指滤波器

26、基本无法加工，梳状、交指滤波器基本无法加工，此时采用波导腔滤波器基本上唯一选择。此时采用波导腔滤波器基本上唯一选择。介质腔滤波器属于滤波器中介质腔滤波器属于滤波器中Q Q值最高的，其值最高的，其Q Q值约为值约为波导空腔的波导空腔的2525倍，比梳状、交指结构的滤波器倍，比梳状、交指结构的滤波器Q Q值高约一个数量级。但是介质腔滤波器体积较大，值高约一个数量级。但是介质腔滤波器体积较大，带外寄生很近，带宽不能做得很宽，因此介质腔滤带外寄生很近，带宽不能做得很宽，因此介质腔滤波器通常用在相对带宽低于波器通常用在相对带宽低于1%1%，但是损耗要求较，但是损耗要求较高的场合。高的场合。第四十七页，讲

27、稿共五十页哦各种滤波器的性能特点平面结构的滤波器中通常由微带、带状线、悬置平面结构的滤波器中通常由微带、带状线、悬置带线来实现。微带、带状线滤波器常规应用较少，带线来实现。微带、带状线滤波器常规应用较少，悬置带线应用相对较多，其原因是悬置带线寄生悬置带线应用相对较多，其原因是悬置带线寄生特性较好，并且在结构上易于实现分布电容，因特性较好，并且在结构上易于实现分布电容，因此悬置带线滤波器适合做超宽带（相对带宽大于此悬置带线滤波器适合做超宽带（相对带宽大于50%50%）的带通滤波器、或高通滤波器，悬置微带）的带通滤波器、或高通滤波器，悬置微带的低通滤波器也有较多应用，主要是悬置微带低的低通滤波器也

28、有较多应用，主要是悬置微带低通的寄生通带可以做到通的寄生通带可以做到3535倍倍FcFc。第四十八页，讲稿共五十页哦总结滤波器是无线通讯系统必不可少的关键性部件。滤波器是无线通讯系统必不可少的关键性部件。滤波器种类繁多，各种滤波器具有不同的性能滤波器种类繁多，各种滤波器具有不同的性能特点，因此在滤波器选择时，通常需要综合考特点，因此在滤波器选择时，通常需要综合考虑客户的实际使用环境以及客户性能需求才能虑客户的实际使用环境以及客户性能需求才能做出正确、有效、可靠的选择。做出正确、有效、可靠的选择。在客户对滤波器指标概念比较模糊时，通常需要在客户对滤波器指标概念比较模糊时，通常需要询问客户体积、损耗、带外需要抑制的频率以及询问客户体积、损耗、带外需要抑制的频率以及抑制度、功率容量等。根据这几个简单的指标要抑制度、功率容量等。根据这几个简单的指标要求基本可以判断出滤波器种类。求基本可以判断出滤波器种类。第四十九页，讲稿共五十页哦感谢大家观看第五十页，讲稿共五十页哦