非常好的滤波器基础知识
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有源滤波器Active Filter(信号分离电路) 测量系统从传感器拾取的信号往往包含噪声和许多与被测量无关的信号,并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其它处理过程,也会混入各种不同形式的噪声,从面影响测量精度。
这些噪声一般随机性很强,很难从时域中直接分离,但限于其产生的机理,其噪声功率是有限的,并按一定规律分布于频率域中某一特定频带中。
滤波器(信号分离电路):从频域中实现对噪声的抑制,提取所需要的信号,是各种测控系统中必不可少的组成部分。
对滤波器的要求:(1)滤波特性好;(2)级联特性好(输入,输出);(3)滤波频率便于改变滤波器举例:心电信号的滤波:主要受到50Hz的工频干扰,采用50Hz陷波(带阻)滤波器。
一.滤波器的基本知识⒈按处理信号的形式分类:模拟:连续的模拟信号(又分为:无源和有源)数字:离散的数字信号。
⒉理想滤波器对不同频率的作用:通带内,使信号受到很小的衰减而通过。
阻带内,使信号受到很大的衰减而抑制,无过渡带。
⒊按频谱结构分为5种类型:滤波器对信号不予衰减或以很小衰减让其通过的频段称为通带;对信号的衰减超过某一规定值的频段称为阻带;位于通带和阻带之间的频段称为过渡带。
根据通带和阻带所处范围的不同,滤波器功能可分为以下几种:低通(Low Pass Filter)高通(High Pass Filter)带通(Band Pass Filter)带阻(Band Elimination Filter)全通(All Pass Filter)(理想)各种频率信号都能通过,但不同的频率信号的相位有不同的变化,一种移相器。
图2-2 按频谱结构分类的各种滤波器的衰减(1-幅频)特性几个定义:(1)通带的边界频率:一般来讲指下降—3dB即对应的频率。
(2)阻带的边界频率:由设计时,指定。
(3)中心频率:对于带通或带阻而言,用f0或ω0表示。
(4)通带宽度:用Δf0或Δω0表示。
(5)品质因数:衡量带通或带阻滤波器的选频特性。
了解滤波器的参数和性能指标滤波器是信号处理等领域中常用的工具,用于对信号进行滤波和处理。
了解滤波器的参数和性能指标对于正确选择和设计滤波器至关重要。
在本文中,我们将介绍滤波器的常见参数和性能指标,帮助读者更好地理解滤波器的工作原理和应用。
一、滤波器的参数和性能指标1. 截止频率(Cutoff Frequency)截止频率是指滤波器对于信号进行截断的频率。
在低通滤波器中,截止频率是指滤波器开始滤除高频成分的频率。
在高通滤波器中,截止频率是指滤波器开始滤除低频成分的频率。
2. 通带增益(Passband Gain)通带增益是指滤波器在通过信号时的放大或衰减程度。
对于不同类型的滤波器,通带增益可以是一个固定值(如衰减滤波器)或一个可调节的参数(如主动滤波器)。
3. 带宽(Bandwidth)带宽是指滤波器能够通过信号的频率范围。
在低通滤波器中,带宽通常是指从截止频率到无穷大的频率范围。
在高通滤波器中,带宽通常是指从零频率到截止频率的频率范围。
4. 滚降(Roll-off)滚降是指滤波器在截止频率附近频率响应的变化率。
对于陡降滤波器,滚降较大,频率响应在截止频率附近迅速下降。
对于渐变滤波器,滚降较小,频率响应在截止频率附近缓慢下降。
5. 相移(Phase Shift)相移是指滤波器引入到信号中的时间延迟。
相移可以对信号的相位和时间关系产生影响,特别是对于需要准确时间同步的应用(如音频和视频)。
6. 结构(Structure)结构是指滤波器的实现方式,如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
每种结构都有其优点和缺点,需要根据应用需求选择合适的结构。
二、滤波器的应用滤波器在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的滤波器应用示例:1. 通信系统中的滤波器通信系统中常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
这些滤波器用于信号调制、解调、频谱整形等任务。
2. 音频和音视频处理中的滤波器音频和音视频处理中经常使用滤波器来去除噪声、平滑音频信号、增强低频成分等。
认证部物料培训滤波器主讲人:邹一鸣一、滤波器的定义滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。
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。
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。
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。
二、滤波器的分类滤波器按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器可以分为声表滤波器和介质滤波器三、声表滤波器的原理及特点声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应做成的。
所谓压电效应,即是当晶体受到机械作用时,将产生与压力成正比的电场的现象。
具有压电效应的晶体,在受到电信号的作用时,也会产生弹性形变而发出机械波(声波),即可把电信号转为声信号。
由于这种声波只在晶体表面传播,故称为声表面波。
声表面波滤波器的英文缩写为SAWF,声表面波滤波器具有体积小,重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。
滤波器基础知识一、滤波器概述滤波器是一种二端口网络(各类电子系统中用于检测、传输、处理信息或能量的微波电路为微波网络),它允许输入信号中特定的频率成分通过,同时抑制或极大的衰减其它频率成分,还可用来分开或组合不同的频率段。
目前由于在雷达、微波、无线通信,特别是移动通信,多频率工作越来越普遍,还需要在有限的频谱范围内划分出更多的频段给不同的运营商,以满足多种通信业务的需求,各频道间的间隔规定非常的小。
为避免信道间相互干扰,需要在所有系统内配置高性能的滤波器。
滤波器既可用来限定大功率发射机在规定频带内辐射,反过来又可用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。
总之,从超长波经微波到光波以上的所有电磁波段都需要用到滤波器。
二、滤波器的主要分类:(按应用分)⑴低通滤波器通频带为0-fC2, fC2-∞为阻带。
⑵高通滤波器与低通滤波器相反,通频带为 fC1-∞,f0-fC1为阻带。
⑶带通滤波器通频带为fC1-fC2,其它频率为阻带。
⑷带阻滤波器与带通滤波器相反,阻带为fC1-fC2,其它频率为通带。
除腔体滤波器外,还有:微带电路滤波器、晶体滤波器、声表面滤波器、介质滤波器等等,按不同的作用或功能等有不同的分类。
现在公司生产的一般都是带通腔体滤波器和双工器,因此我们主要以腔体滤波器进行分析和讲解,腔体滤波器的谐振器全部都由机械结构组成,本身有相当高的Q 值(数千甚至上万),非常适合于低插入损耗(<1dB)、窄带(1%-5%)、大功率(可达300W或更高)传输等应用场合,工作性能较为稳定。
但该类滤波器具有较大体积且有寄生通带,加工成本相对较高,但特别适合应用于现代移动通信基站或直放站中使用。
三、公司滤波器的发展公司成立至今无源产品的发展情况:无线信息传输技术是正在蓬勃发展的重要领域。
滤波器是一个常用的、必备的、广泛使用的部件。
自公司发展以来,无源类产品在公司领导的重视下,不断进行改进和创新,从波导滤波器、结构腔等到现在的一体腔,从以前的仿制到现在自主知识产权的发明专利。
滤波器基础知识篇2015-07-23FindRF滤波器的基础是谐振电路。
大家很熟悉的射频常用滤波器有四大家族:低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF),都是以通过或者阻断某个频段来加以区分的。
其实,从广义上来说,频率选择特性也就是滤波器最基本的特性,理想的低通滤波器是酱紫滴:图1. 理想低通滤波器幅频图但是实际上的低通滤波器幅频图是如下的:图2. 实际低通滤波器幅频图差别有点大?是不是跟美颜相机有异曲同工之处^-^?没办法,由于理想滤波器是非因果系统,我们能实现的都是因果系统。
而且元件数量、电容与电感量受工艺限制、电容电感q值限制、引线的电容电感更是决定了“理想很丰满,现实很骨感”,于是实际的低通滤波器几乎就是如图2的样子了。
同样,高通滤波器的通带上限是有限制的而不是理想的无限延伸,典型幅频图像如下:图3. 高通滤波器幅频图带通滤波器可以由低通和高通滤波器组合,也可以由1/4波长谐振腔构成。
带通滤波器的典型幅频图像如下:图4. 带通滤波器幅频图带阻滤波器也被称为陷波器,其阻带的上限和下限也都是有限制的,典型幅频图像如下:图5. 带阻滤波器幅频图在实际选型中,滤波器常用的技术指标如下:1. 通带频率范围这个表示需要滤波器通过的频段,不多说了。
2. 3dB带宽通带的最小插入损耗点(通带传输特性的最高点)向下移3dB时所能测的通带宽度。
这个指标越窄,表明滤波器的过渡带越陡峭,频率过滤性能越佳。
3. 通带插入损耗由于滤波器的组件的电阻性损耗(如电感、电容、导体和介质的不理想)和滤波器的输入输出端存在反射损耗,即使在通带内,滤波器本身也会带来插入损耗。
这个值越小,在通带内对系统影响越小。
4. 带内纹波表明上述通带插入损耗在通带内的波动范围,带内纹波越低越好,否则会增加过滤波器的不同频率信号的功率起伏。
5. 带外抑制带外抑制一般用通带外的带外滚降来描述,即规定滤波器通带外每频率下降的分贝数。
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
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。
带外抑制:滤波器通带频率范围以外的“衰减量”。
表征滤波
器对不需要的频率信号的选择能力。
纹波:滤波器通带内S21曲线起伏的波峰与波谷之间的差值。
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与最小值之差。
表征滤波器的色散特性。
功率容量:可以输入滤波器的通带信号的最大功率。
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。
表征批次滤波器之间的差别(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)。
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与最小值
之差。
表征滤波器的色散特性。
功率容量:可以输入滤波器的通带信号的最大功率。
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。
表征批次滤波器之间的差别(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)。
LC滤波器声表面波/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,Q值相对LC高,采用半导体工艺适合批量生产。
一只800MHz 左右的滤波器体积大概只有一个0805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。
声表滤波器通常应用在终端消费电子产品中。
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。
其优点是:体积较腔体小,Q值、功率容量较LC高。
其缺点是:较难实现宽带,高频部分电感不易实现。
螺旋滤波器通常用在500MHz以下20%相对带宽,100W平
均功率,对插损有一定要求的场合。
介质滤波器
纹波:滤波器通带内S21曲线起伏的波峰与波谷之间的差值。
介质滤波器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波器。
其优点是Q 值较LC高,可以实现较LC滤波器频率高的滤波器。
其缺
点是寄生较近,谐振器需要定制。
梳状腔体滤波器
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,其相对带宽通常可以宽达60%。
同时在K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,通常其寄生通带在
1.8F0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求基本可以判断出滤波器种类。
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