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  • 带阻滤波器的特点
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    2019-07-15 10:38:16


    1、低通:(Low-pass filter)是容许低于截止频率的信号通过,但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

    2、高通:是一种让某一频率以上的信号分量通过,而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。

    3、带通:是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。

    4、带阻滤波器:是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带通滤波器的概念相对。其中点阻滤波器(notch filter)是一种特殊的带阻滤波器,它的阻带范围极小,有着很高的Q值(Q Factor)。

    将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器,再将两个电路的输出电压求和,就可以得到带阻滤波器。

    通俗理解:

    假如说一个采样频率是500HZ的传感器。采集到波形去燥的时候,发现有(400HZ、30HZ、50HZ、15HZ、10HZ)。

    低通滤波器:低于30HZ的通过,<30HZ

    高通滤波器:高于30HZ的通过,>30HZ

    带通滤波器:>15HZ并且<50HZ

    阻通滤波器:<15HZ,并且>50HZ

    低通和高通是一对,带通和阻通是一对(这样是不是好理解一点)

    扩展:

    1、巴特沃斯滤波器

    巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类,其采用的是巴特沃斯传递函数,有高通、低通、带通、带阻等多种滤波器类型。巴特沃斯滤波器在通频带内外都有平稳的幅频特性,但有较长的过渡带,在过渡带上很容易造成失真。

    2、切比雪夫滤波器

    切比雪夫滤波器是滤波器的一种设计分类,其采用的是切比雪夫传递函数,也有高通、低通、带通、高阻、带阻等多种滤波器类型。同巴特沃斯滤波器相比,切比雪夫滤波器的过渡带很窄,但内部的幅频特性却很不稳定。

    高通种类:

    1、按照所采用的器件不同分类有源高通滤波器、无源高通滤波器。 

    无源高通滤波器: 仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。

    这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。

    有源高通滤波器:由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小。

    利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件);缺点是:通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。

    2、按照滤波器的数学特性分为一阶高通滤波器、二阶高通滤波器等。

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    题 目:带阻滤波器设计及MATLAB实现 组 员: 袁兴韦 章伟其 专 业: 通信工程  班 级: 1103 指导教师 : 王祥青    日 期: 2013 年12月24日 二、设计任务 设计一个中心频率为200HZ,带宽为150HZ的带阻滤波器 三、设计原理 1.理论知识 模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置,而模拟滤波器的设计技巧已经非常成熟,不仅有封闭形式的公式,而且设计系数已经表格化。在模拟滤波器的设计中,低通滤波器是最基本的。通常可以先设计出模拟低通滤波器,然后将其转换成所需的模拟滤波器。设计模拟滤波器的方法有很多种,如巴特沃斯(Butterworth)型、切比雪夫(Chebyshev)型、椭圆(Elliptic)型、贝塞尔(Bessel)型滤波器等。常用的滤波器设计类型为巴特沃斯(Butterworth)型和切比雪夫(Chebyshev)型,下面重点就这两种设计方法进行介绍。 巴特沃斯滤波器 巴特沃斯滤波器模拟低通滤波器的平方幅频响应函数为: 式中,N为整数,称为滤波器的阶数。N越大,通带和阻带的近似性越好,过渡带越陡峭,因为函数表达式分母带有高阶项,在通带内频率和中心频率的比值小于1,则分母项就会非常接近1,然而在过渡带内和阻带内频率和中心频率的比值大于1,因此代之分母远远大于1,从而使函数值骤然下降,图2.1给出了巴特沃斯滤波器的幅度特性随阶数N的变化的曲线。由图中可以看出,当阶数N增加时,在通带内的响应变得更加平坦,在阻带内的衰减将会更大,其选择性也会变得更好。 巴特沃斯滤波器幅度特性和阶数的关系图 切比雪夫滤波器 1.带阻滤波器的设计 1.1.以低阶巴特沃斯为原型进行设计 1.2以高阶巴特沃斯为原型进行设计 2、低阶设计程序 3、高阶设计程序 3、高阶设计程序 五、程序运行结果及分析1、程序运行结果 五、程序运行结果及分析 五、程序运行结果及分析 由图5.1可见,程序基本上满足了课设任务要求,帯阻滤波器中心频率在200Hz,带宽为150Hz。该程序首先设计了一个wp=125Hz,ws=150Hz的2阶模拟低通滤波器,然后利用MATLAB转换函数将其转换成中心频率为200Hz,带宽为150Hz的帯阻滤波器。从仿真结果波形图可以看出,该帯阻滤波器的中心频率稍有偏移,并且此时,滤波器的过渡带较为平缓,阻带范围较小,而且阻带不平坦,其选择性和滤波特性不理想。 当原型滤波器为六阶时,由图5.2可以看出,低通滤波器在通带和阻带内都保持单调下降的趋势,并且此时过渡带表现的叫低阶是更为陡峭,而且其阻带更为平坦。而对于带阻滤波器,首先由图可以看出其中心频率正好位于200HZ出,且根据上下限频率可以得出,其带宽也满足150HZ的条件。 五、程序运行结果及分析 对比低阶时,可以看出高阶滤波器为基础的滤波器在通带和阻带内都表现的较为平坦,而且其过渡带表现的比较陡峭,其滤波特性和选择特性较低阶更为理想。 通过上述结果分析和对比,可以看出以高阶为原型进行的设计,其带阻滤波器特性各方面的性能都明显好于以低阶巴特沃斯为原型的滤波器,从这方面看,滤波器阶数越高越好,但是当提高滤波器阶数时,硬件电路规模就会相应增加,实现成本就会相应的增加,因此在实际选择中应在兼顾成本的基础上相应提高使用滤波器的阶数。 六、心得体会 信息技术的迅猛发展,推动了数字信号处理理论和实现技术的日趋完善。特别是超大规模集成电路技术水平的不断提高,对数字信号处理的要求也越来越高。数字信号处理在科学研究、国防和民用电子技术领域发挥着越来越重要的作用。对数字信号处理的学习,对于学习信息技术的人而言可以说是非常重要的。在学习过程中,MATLAB语言作为当今科学界最具影响力、也最具有活力的软件,它在数字信号处理中具有广泛的应用,并帮助我们把理论知识与实践相结合,从实际应用中更加形象,生动的体会到数字信号处理技术在信息领域的作用。 通过本次课程设计,我对MATLAB有了更深的掌握,对于我们把所学的数字信号处理的理论知识融入实践也起到了很大的作用,对我们今后的学习和工作也将起到很大的帮助。 在以前的课程设计中,我已经初步学习了有关MATLAB的应用,并了解到它是一种适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计的一种科学计算软件;是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言,专门针对科学,工程计算及绘图的要求,它的使用很方便,程序简洁,运算效率高,内容丰富且容易由用户进行自扩展。 六、心得体会 和其他类型的计算机语言相比,简洁和智能化是其最的特点。我们可以根据自己的思维方式和书写习惯去编写程序语句,这使

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    随着彩色电视机等家用电子器件的广泛应用,各种分频滤波零件也得到了广泛的应用,陶瓷滤波器由于其具有Q值高,幅频、相频特性好、体积小、信噪比高等特点,广泛应用于电视机、录像机、收音机等各种电子产品中作选频元件,从而取代了传统的LC滤波网络。下面介绍其的原理、结构等等:

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    一、工作原理

    陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器,常用的陶瓷滤波器是由锆钛酸铅{Pb(ZrTi)O3}压电陶瓷材料(简称PZT)制成的。

    把陶瓷材料制成片状,经过直流高压极化后,它具有压电效应。所谓压电效应,就是把当陶瓷片受到机械力的作用而发生形变时,陶瓷片内将产生一定的电场,且它得的两面出现与形变大小成正比的符号相反、数量相等的电荷,即正压电效应。反之,若在陶瓷片两面之间加一定的电场,就会产生与电场强度成正比的机械形变,称为负压电效应。

    因此,如果在陶瓷片的两面加一高频交流电压,就会产生机械形变振动,同时机械形变振动又会产生交变电场,即同时产生机械振动和电振荡。当外加高频电压信号的频率等于陶瓷片的固有振动频率时,将产生谐振,此时机械振动最强,相应的陶瓷片两面所产生的电荷量最大,外电路的电流也最大。总之,陶瓷片具有串联谐振特性,可用它来制作滤波器。

    简单来说就是利用陶瓷材料压电效应实现电信号→机械振动→电信号的转化,从而取代部分电子电路中的LC滤波电路,使其工作更加稳定。

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    二、结构

    普通陶瓷滤波器的结构很简单:将锆钛酸铅( PZT)或钛酸钡(BaTi0。)等陶瓷材料做成薄片,再在两面覆上银层,然后夹在有弹性的两个金属电极之间,并封装在塑料(或金属)外壳内,即制成二端陶瓷滤波器。二端陶瓷滤波器可以等效成一个LC谐振回路,其谐振曲线尖锐,谐振电阻小,但和LC单调谐回路一样,存在着通带窄和矩形系数差的缺点。其结构、符号、等效电路如图所示。如果把二端陶瓷滤波器的电极分割成互相绝缘的两部分,就构成了一个三端陶瓷滤波器。三端陶瓷滤波器可以等效成一个LC双调谐回路,因此它的通频带宽,矩形系数好,性能比二端陶瓷滤波器优越许多。其结构、符号、等效电路如图所示。

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    (a)结构 (b)符号 (c)等效电路

    图 两端陶瓷滤波器

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    图 三端陶瓷滤波器

    三、优点

    陶瓷滤波器利用陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点设计制作,由数个1/4波长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。其显著特点是插入损耗小、耐功率性好、带宽窄,特别适合便携电话、汽车电话、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。国外生产最多的是800MHz~1GHz范围内的系列EMI介质滤波器,其技术指标为插损2dB~3dB,波纹小于1dB,电压驻波比约1.5,带外抑制在规定频段内可达20dB以上。一些特殊要求点可达60dB左右,滤波特性优良。其开发方向是采用新型介质材料和其它谐振模式,设计制作新型的微型化、片式化、低插损、高衰减、高性能的EMI介质滤波器。

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    四、分类与用途

    按幅频特性不同,可分为带阻滤波器(又称陷波器)、带通滤波器(又称滤波器)两类。带通滤波器的功能是让有限带宽内的频率信号顺利通过,而让此频率范围以外的频率信号受到衰减。带阻滤波器的功能是抑制某个频率范围内的频率信号,使其衰减,而让此频带以外的频率信号顺利通过。

    彩电中的带通滤波器常用型号有LT5.5M、LT6.5M、LT6.5MA、LT6.5MB陶瓷滤波器;调频立体声收录机、收音机常用的10.7MHz中频滤波器有LT10.7MA、LT10.7 MB、LT10.7MC等,调幅收音机的中频滤波器有LT455、LT465等。

    彩电中的带阻滤波器(陷波器)常用型号有XT4.43M、XT5.5MA、XT5.5MB、XT6.0MA、XT6.0MB、XT6.5MA、XT6.5MB等。

    按引脚电极数目不同,可分最常用的二端型、三端型两种,另外还有不常用的多端组合型。

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    五、型号命名

    国产陶瓷滤波器的型号命名遵循一般陶瓷元件的命名规则,其型号一般由5部分组成,格式和含义如图36-2所示。第1部分用字母表示产品功能,如“L”表示滤波器, “×”表示陷波器, “J”表示鉴频器, “Z”表示谐振器。第2部分用字母“T”表示生产材料为压电陶瓷。第3部分用字母“W”和下标数字表示外形尺寸,也有部分型号仅用字母“W”或“B”表示,而无下标数字。第4部分用“数字+字母(M或K)”表示标称频率。如465k表示标称频率为465kHz,10.7M则表示标称频率为10.7MHz。第5部分用字母表示产品类别或系列,有些产品省略了该部分。如LTW6.5M为中心频率是6.5MHz的陶瓷滤波器。实际上,大部分产品的型号命名中干脆省略了第3部分,大部分产品的外壳标志中叉省略了第2部分的字母“T”。

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    早期国产的陶瓷滤波器还有一种型号命名方法,这就是20世纪六七十年代国产的中、高档收音机里常用到的2L465A、3L465型陶瓷滤波器,其命名含义: “2”、 “3”分别表示二端产品和三端产品, “465”表示滤波器的谐振频率为465kHZ, “A”是生产序号。

    由于现在许多厂家(包括外资厂商)生产的陶瓷滤波器,其型号命名规则是自行制定的,所以给人感觉是五花八门,没有规律可循。一般来说,使用者从产品的型号上只能看出标称频率,其他具体参数只能通过查阅产品手册或厂家说明书才能获得。

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    六、检测

    可用万用表进行检测,具体方法如下:

    1.万用表置R×10k档;

    2.用红、黑表笔分别测二端或三端陶瓷滤波器任意两脚之间的正、反向电阻均应为∞,若测得阻值较小或为0Ω,可判定该陶瓷滤波器已损坏; 需说明的是,测得正、反向电阻均为∞不能完全确定该陶瓷滤波器完好,业余条件下可用代换法试验。

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    一直想写一篇介绍微波介质陶瓷的文章,却发现每每难以面面俱到,也许只有从滤波器基础知识入手,才能更好的了解它吧。

    本文从网络上搜索汇总了滤波器、陶瓷滤波器、微波滤波器、介质滤波器的基本知识,希望能让大家更好的了解微波介质陶瓷滤波器。

    声明:本文主要来自百度搜索,仅做学习分享,如有侵权,烦请联系小编及时删除!

    1、滤波器简介

    滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率后的电源信号。

    滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说,凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。滤波器,是对波进行过滤的器件。

    滤波是信号处理中的一个重要概念,在直流稳压电源中滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形变得比较平滑。

    滤波器的主要参数

    中心频率:滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

    截止频率:指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

    通带带宽:指需要通过的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

    插入损耗:由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。

    纹波:指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

    带内波动:通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

    带内驻波比:衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

    回波损耗:端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

    阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作难度当然也就越大。

    延迟:指信号通过滤波器所需要的时间,数值上为传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。

    带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

    滤波器主要分类

    按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

    按所通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器五种。

    低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声;

    高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量;

    带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声;

    带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过,又称为陷波滤波器。

    全通滤波器:全通滤波器是指在全频带范围内,信号的幅值不会改变,也就是全频带内幅值增益恒等于1。一般全通滤波器用于移相,也就是说,对输入信号的相位进行改变,理想情况是相移与频率成正比,相当于一个时间延时系统。

    按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

    根据滤波器的安放位置不同,一般分为板上滤波器和面板滤波器。

    无源滤波器

    无源滤波器是利用电阻、电抗器和电容器元器件构成的滤波电路。谐振频率时,电路阻抗值最小,非谐振频率时,电路阻抗比很大,将电路元器件数值调整到某一特征谐波频率,则能滤除该次谐波电流;当若干谐波频率的调谐电路组成在一起,则能滤除对应的特征谐波频率,通过低阻抗旁路实现对主要次数谐波(3、5、7)的过滤。主要原理就是针对不同次数谐波,设计该谐波频率的阻抗为很小,实现谐波电流的分流效应,即为预滤除的高次谐波提供旁路通道,实现净化波形。

    有源滤波器

    有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。有源滤波器之所以称为有源,顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波),其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功。它能够对幅值和频率都波动的高次谐波分量进行补偿,以及对变化的系统无功分量进行动态补偿,克服了传统型式谐波治理方案和无功补偿的缺点,达到了动态跟踪补偿的效果。

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    2、陶瓷滤波器简介

    传统陶瓷滤波器是由锆钛酸铅陶瓷材料制成,其两面被银作为电极,经直流高压极化后就具有压电效应。陶瓷滤波器与传统滤波器功能一样,主要起滤波作用,具有高稳定性、抗干扰性能良好、无需调整、价格低等特点,并逐渐取代了传统的LC滤波网络,广泛应用于电视机、录像机、收音机等各种电子产品中作选频元件。

    陶瓷滤波器按幅频特性可分为带阻滤波器(又称陷波器)与带通滤波器(又称滤波器)两类,主要用于选频网络、中频调谐、鉴频和滤波等电路中,达到分隔不同频率电流的目的。具有Q值高,幅频、相 频特性好,体积小、信噪比高等特点。

    其原理主要是利用陶瓷材料的压电效应来实现电信号→机械振动→电信号的转化,从而取代部分电子电路中的LC滤波电路,使其工作更加稳定。

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    3、微波滤波器简介

    微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。分类可以按功能、组成元件和传输线结构进行:按功能分类有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器;按组成的元件分类有集中参数滤波器、分布参数滤波器和集中参数与分布参数混合型滤波器。

    微波滤波器,用来过滤或分离不同微波频率信号的元件。主要分为低通、高通、带通和带阻四种类型,它们的结构、参数和设计方法因不同的工作频率、频带宽度、功率容量等指标而有显著差别。在微波电路系统中,滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来在微波电路系统应用广泛,其中用微带做滤波器是其主要应用之一。

    微波滤波器原理

    微波滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器,而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄,虽然不能满足所有的应用场合,但是由于它设计简单,因此在某些地方还是值得应用的。

    微波滤波器分类

    最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。按滤波器的频率响应来划分,常见的则有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等;按滤波器的构成元件来划分,则可分为有源型及无源型两类;按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 

    微波滤波器结构

    微波滤波器采用分布参数电路,或集总与分布参数电路相结合的电路,结构以微波传输线、波导为主体,也可以直接利用金属谐振腔或介质谐振器。光学和准光学滤波器的结构也可用于毫米波频率,甚至各种结构都可设计成宽带或窄带的滤波器。此外,滤波器的结构决定受击穿强度、温升等限制的功率容量。

    微波滤波器的技术指标包括工作频率、频带宽度、带内衰减、带外衰减、时延特性等设计指标;功率容量、温度稳定性、机械强度及稳定性等结构指标。

    微波滤波器的设计指标主要包括:

    绝对衰减:阻带中最大衰减(dB)。

    带宽:通带的3dB带宽。

    中心频率:fc或f0。

    截止频率:下降沿3dB点频率。

    每倍频程衰减:离开截止频率一个倍频程衰减(dB)。

    微分时延:两特定频率点群时延之差以ns计。

    群时延:任何离散信号经过滤波器的时延(ns)。

    插入损耗:当滤波器与设计要求的负载连接,通带中心衰减,dB。

    带内波纹:在通带内幅度波动,以dB计。

    相移:当信号经过滤波器引起的相移。

    品质因数Q:中心频率与3dB带宽之比。

    止带:对于低通、高通、带通滤波器,指衰减到指定点(如60dB点)的带宽。

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    4、介质滤波器简介

    传统介质滤波器是利用介质陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点设计制作的,由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。

    介质滤波器是一种采用介质谐振腔经过多级耦合而取得选频作用的微波滤波器。进入21世纪后,介质滤波器经过理论和实践方面的长期积累,逐渐从实验室走向生产线。由于介质滤波器具有小型化、低损耗和温度特性好等优点,所以在移动通信和微波通信等系统中得到了广泛应用。其特点是插入损耗小、耐功率性好、带宽窄,特别适合CT1,CT2,900MHz,1.8GHz,2.4GHz,5.8GHz,便携电话、汽车电话、无线耳机、无线麦克风、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。

    介质滤波器的表面覆盖着切向电场为零的金属层,电磁波被限制在介质内,形成驻波振荡,其几何尺寸约为波导波长的一半。材料一般采用相对介电常数为60~80之间的陶瓷,实际应用于无线通信中的介质陶瓷滤波器尺寸在厘米级。

    介质滤波器的主要优点是功率容量大,插入损耗低,但存在两大缺点:第一,体积较大,在厘米量级,与集成电路相比占用了系统很大的体积;第二,介质滤波器一般是分立器件,无法与信号处理电路进行集成,而且由滤波器到信号处理芯片需要经过一条不可忽略的传输线,必须进行阻抗匹配,不但结构复杂而且造成一定的信号衰减。

    介质滤波器工作原理

    介质滤波器是由若干个介质谐振器耦合而成的。金属空腔谐振器的主要损耗来自导体的损耗,介质滤波器用介质(如微波陶瓷)取代金属导体,能够把电磁场限制于谐振腔之内,因此具有较高的Q值。

    根据电磁波的传播特性,当电磁波从高介电常数的介质进入低介电常数的介质时,会在介质分界面上发生发射和折射。当入射角大于或等于临界角时,电磁波将会发生全反射。介质的介电常数越高,临界角越小,全反射现象就越容易发生.在介质表面也就越容易形成磁壁。由磁壁围成的介质块构成介质谐振器。这种由高介电常数、低损耗介质材料所形成的微波谐振器,其电磁场能量基本上都集中在谐振腔内,辐射损耗非常小。介质本身的损耗决定谐振器的Q值,即Q=1/tanδ。一些常用介质材料的损耗角正切值通常为0.0001~0.0002,其Q值可达500~10 000。正是因为介质的品质因数很高,电磁能量绝大部分集中在介质谐振器之内,所以电磁振荡极易维持下去。因此,介质谐振器可以作为滤波器使用。目前,陶瓷介质材料的相对介电常数约为39,最大可以做到90以上。因此,使用介质材料作谐振器,可以大大缩减滤波器的体积和质量,并且不会降低滤波器的性能 。

    介质滤波器应用

    介质滤波器与金属滤波器相比,可以实现小型化。在20世纪70年代,介质滤波器就被用于微波通信领域,80年代以后,随着蜂窝电话的出现,介质滤波器也被用于移动通信系统。现在,介质滤波器作为小型化的高频,在微波和移动通信领域已不可或缺。利用高介电常数(相对介电常数大于30)的陶瓷材料制作的介质滤波器,其体积仅为空腔精振器滤波器的几分之一,更重要的是随着陶瓷材料的发展,介质滤波器的谐振频率随温度的变化量可以控制在很小的范围。介质滤波器不仅可以作为微波中继线路以及移动通信系统里的带通滤波器,还以作为光通信应用的时钟信号抽出滤波器。

    现在市场上的介质滤波器按结构可以分为两大类,一类是采用TE01δ模的介质谐振器型滤波器,其滤波原理是输入的电磁能量首先传入输入端的介质谐振器,通过谐振传人相邻的介质谐振器,又经过输出端的介质谐振器输出电磁波,在这一连串的谐振过程中,只允许频率成分在谐振频率附近的电磁波通过,从而发挥带通滤波器的作用。第二类是采用TEM模介质谐振器型的滤波器,滤波原理与第一类介质滤波器大体相同:电磁波经过输入端的耦合电容器注入介质谐振器。引起电磁谐振,同样也是只允许频率成分在谐振频率附近的电磁波通过,起到带通滤波器的作用。

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    5、微波介质陶瓷滤波器

    微波介质陶瓷滤波器既属于微波滤波器,又属于介质滤波器。结合了两者的优势,将独立的介质陶瓷谐振器集成到一个陶瓷整体上,是微波电路的集成化,实现了介质滤波器的小型化,使滤波器同微波管、微带线一道实现微波电路混合集成化,使器件尺寸达到毫米量级。

    其与传统滤波器的主要优势也正在于此,小型化的同时,具备了更高的稳定性与更小的插入损耗。

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