射频经典知识之滤波器

射频经典知识之滤波器

Filter是一个组件，它有选择地传递“它喜爱什么”，并堵塞“它不喜爱什么”。当我们争论滤波器的特性时，我们通常用频域来描述它。

在大多数状况下，一个过滤器将属于以下四种可能的抱负类型中的一种。（一个有多个通带的滤波器等，但你能看到99%以上的滤波器都是下列类型之一）。

1、低通滤波器是一种对低频信号进行滤波，对高频信号进行滤波的滤波器。频率应当多低取决于滤波器的规格。

2、高通滤波器是对高频信号进行滤波，对低频信号进行滤波的一种滤波器。频率应当有多高取决于滤波器的规格。

3、带通滤波器是一种通过肯定频率范围的滤波器，在指定的范围内对较低和较高的区域进行滤波。通过滤波器的频率范围由规范打算。

4、带阻滤波器是一种能通过除极窄频率范围外的大部分频率的滤波器。其他类型的滤波器的目的是通过肯定范围内的信号，而带阻滤波器的目的是阻挡选定频率的信号。

一、抱负与真实滤波器

抱负滤波器是通过信号的一个特定范围，并开头堵塞该范围旁边的信号。但正如我常说的，没有一种装置像抱负概念那样运作。过滤器也是一样。

以带通滤波器为例。抱负的过滤器是每个人都想要的，但你永久不会得到这种过滤器。即使在一个过滤器的理论设计中，你会看到几种类型，但即使这个理论过滤器也不如抱负过滤器。

第一种理论类型在通带区域有一些波动（纹波），并相对急剧地落入堵塞区域（停止带），在停止带没有波动。

其次种理论类型既无通带纹波，也无阻带纹波。没有涟漪是特别好的…但在这种状况下，它会渐渐进入堵塞区。

第三种理论类型在通带和阻带上都有波纹，这种波纹不是很好，但在阻带上有很陡的波纹，这种波纹很好。

实际滤波器的一些例子显示在右边栏，这明显比理论性质差。这些只是一些真正的过滤器。在现实世界中，你会有很多不同类型和特点的过滤器。

二、典型的过滤器实现

实现滤波器的方法有许多种，很难列出全部可能的实现方法。我将只列出几种我认为在很多领域最常用的实现方法。

1、电气过滤器：这是一种使用基本电气元件（如R/L/C）来实现过滤器的方法，我认为这是最常见和广泛使用的过滤器类型。依据不同的应用，只有单一的元件，如单电感器或单电容，可以是一个过滤器，在其他一些应用中，你会看到这些元件特别简单的组合，它们的功能就像一个过滤器。

2、声表面波滤波器：是一种将电能转化为声能，进行滤波后再将滤波后的能量转化为电能的滤波器。这种滤波器的优点是可以在相对较小的尺寸下实现特别高质量（特别高阶滤波器）。

这种类型的缺点是难以处理高功率，通常会造成较大的插入损耗。在大多数手机中，你会看到至少一个或两个声表面波滤波器主要在射频阶段。他们过去也在中频阶段使用声表面波滤波器，但现在大多数手机的整个中频阶段都消逝了，中频声表面波滤波器也消逝了。

3、空腔过滤器：当我看到这种类型的过滤器，我惊异于这样一个简洁的笨重的金属物体可以作为一个过滤器的事实。（内部结构不像我想的那么简洁，但至少从外观上看，它就像一块金属块-：）。就滤波器特性而言，我不认为它的性能特别高，但它可以处理特别高的功率，它所能掩盖的频率范围可以达到极高的频率，与其他类型的滤波器相比，插入损耗通常很小。

4、数字滤波器：您可以猜到，它是一种基于数字算法进行滤波的滤波器。要使用这种滤波器，首先你必需把输入的模拟信号转换成数字信号，然后处理数字化的数据。这种类型的过滤器的优点是，你可以得到过滤性能，这几乎是相同的设计理论。

缺点是由于模数转换器采样率的限制，难以处理高频信号。当然，你可以把高频转换成低频，这样你就可以使用数字滤波器，但这意味着你需要额外的电路来进行滤波。另一个缺点是由于每个数字门组件的延迟，会导致相对较长的延迟。

三、设计目标

无论您想设计什么样的过滤器，基本的设计目标都是相同的。

（1）陡峭过渡特性：你想要达到的第一个也是最重要的特征是过渡阶段尽可能的陡峭。每个人都想把这个属性从实线提高到虚线。通常我们会增加滤波器的阶数来达到这个目的，但是这个阶数的增加会使滤波器变得更大或更简单。在无源滤波器的状况下，这种阶增量也会造成较大的插入损耗。

其中过渡相位最陡且尺寸不增加太多的是SAW滤波器，但与其他类型的滤波器相比，SAW滤波器的插入损耗相对较大。特殊是当声表面波滤波器具有极锐的过渡而插入损耗过大时。

（2）小的插入损耗：现在大家都盼望插入损耗尽可能的小，但是要改善插入损耗是不简单的，特殊是当