在通信设备中射频信号处理单元主要负责信号的发送与接收,是电子电路中必不可少的重要单元之一,它包含射频收发器、天线、射频前端等,而射频前端是由一系列组件组成,我们今天的主角射频滤波器也是这些组件的其中一员。
射频滤波器,也叫作射频干扰滤波器,主要应用在高频工作的电子设备中,常用于较大的衰减高频电子设备所产生的高频干扰信号。
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射频滤波器如何选型?
1、了解基本响应曲线
一般来说,滤波器的基本响应曲线包括带通、低通、高通、带阻、双工器,它们决定那些频率可通过滤波器,那些频率不可通过。
2、必要的技术参数
射频滤波器的技术参数如下:
中心频率(Fo):通常定义为带通滤波器(或带阻滤波器)的两个3dB点之间的中点,一般用两个3dB点的算术平均来表示。
截止频率(Fc):为低通滤波器或高通滤波器的通带到阻带开始的转换点,该转换点一般为3dB点。
抑制频率:信号衰减某些特定值或值的集合的特定频率或频率组。有时定义理想通带之外的频率区为抑制频率或频率组,所经过的衰减称为抑制。
滤波器类型决定了特定频率。对带通和带阻滤波器,特定频率为中心频率。对低通和高通滤波器,特定频率为截止频率。为了完整起见,工程师还应定义下列特性,如:
阻带:滤波器不传输的特定频率值之间的频率带。
隔离:双工器中,考虑接收(Rx)通道时为抑制传输(Tx)频率的能力,考虑传输(Tx)频率时为抑制接收(Rx)频率的能力,称为Rx/Tx隔离。隔离度越高,滤波器能够将Rx信号与Tx信号隔离开的能力就越强,反之亦然。其结果是传输和接收信号都更加干净。
插入损耗(IL):表示器件中功率损耗的一个值,IL=10Log(Pl/Pin),与频率无关,其中Pl为负载功率,Pin为从发生器输入的功率。
回波损耗(RL):为滤波器性能的一种度量,表示滤波器输入和输出阻抗接近理想阻抗值的程度。回波损耗定义为:RL=10Log(Pr/Pin),与频率无关,其中Pr为反射回发生器的功率。
群延迟(GD):群延迟表示器件相位线性的大小。由于相位延迟出现于滤波器的输出端,了解这种相移随频率的变化是否为线性很重要。如果相移随频率非线性变化,输出波形将发生畸变。群延迟定义为相移随频率变化的导数。因为线性函数的导数为常数,所以线性相移引起的群延迟为常数。
形状因子(SF):滤波器的形状因子通常为阻带带宽(BW)与3dB带宽的比值。它是滤波器边缘的陡峭程度的一种量度。
阻抗:以欧姆为单位的滤波器源阻抗(输入)和端接阻抗(输出)。
相对衰减:测到的最小衰减点处衰减与理想抑制点的衰减的差异。
纹波(Ar):表示滤波器通频带平坦度的大小,一般以分贝表示。滤波器纹波的大小影响回波损耗。纹波越大,则回波损耗越严重,反之亦然。
抑制:同上。
工作温度:滤波器设计的工作温度范围。
3、不要盲目追求不切实际的滤波器特性
很多工程师会提出不切实际的滤波器要求,导致采购人员为难,如工程师提出“我需要通频带为1,490~1,510 MHz,1,511 MHz处的抑制大小为70 dB。”实际上这一要求是无法满足,因为抑制是逐渐变化的,并非90°急剧下降,实际上参数是偏离中心频率的10%。
工程师需要对滤波器的实际特性有一定的了解,不要过分追求性能,需联合实际情况和项目需求做出合理的采购要求。
4、合理的VSWR
常使用电压驻波比(VSWR)是指滤波器的效率大小在1到无穷大之间,用来表示反射能量的大小。1表示所有能量都无损耗通过。大于1 的所有值都表示有部分能量被反射,即浪费了。
但在实际的电子电路中,VSWR无法达到1.1,而是1.5。
5、考虑功率处理能力
射频滤波器的功率处理能力是以瓦为单元的额定平均功率,当滤波器功率超过该值性能将降低或失效。除此之外,滤波器的尺寸也取决于其功率处理能力的要求,一般来说,功率越大,则滤波器在电路板所占的面积也越大。
6、同时、双向通讯中的隔离因素
隔离是双工器的重要因素之一,从接收通道看时,隔离表示滤波器抑制传输频率的能力,反之亦然。隔离越大,则两者分得越开,传输信号和接收信号就越干净。
7、做出取舍
滤波器性能越高则成本越高、尺寸越大,这也是为什么要求准确定义的原因,因为准确定义可以减少不必要的费用开支,也要确保性能平衡和面积尺寸。
8、选择优秀的制造厂商
市场上有很多无良商家,采用劣质材料制作射频滤波器,易老化性能低还有风险事故的发生概率,所以我们要选择优秀的制造厂商购买射频滤波器。