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不同結構類型濾波器的優缺點

jf_tyXxp1YG ? 來源:中科聚智 ? 2023-08-26 14:39 ? 次閱讀

濾波器種類繁多,按實現方式可以分為:LC濾波器、腔體濾波器、聲表面波/體聲波濾波器、螺旋濾波器、介質濾波器、高溫超導濾波器、平面結構濾波器。下面我們簡單介紹不同類型濾波器的優缺點:

01

LC濾波器

LC濾波器是采用恰當的電容、電感來構成的濾波器,實際設計中,LC濾波器通常可實現低通、帶通、高通、帶阻濾波器。

LC濾波器的優點是:體積小、成本低、寄生通帶遠,但其缺點是相對損耗大,帶外選擇性能較差,功率容量小。另外,LC濾波器中電感采用繞制線圈的方式,因此較難實現高頻濾波的電感。因此LC濾波器通常只用來設計制作4GHz以下頻率的濾波器。

02

腔體濾波器

腔體濾波器是濾波器家族中最為重要的類型之一,在射頻系統中的前端有非常廣泛的應用。其中發射后端(功放后)、接收前端(LNA前/后)均為不可為其他類型濾波器替代。腔體濾波器可以分為:梳狀、交指、波導腔、介質腔等。

梳狀腔體濾波器:梳狀結構可實現200MHz-15GHz,帶寬30%內的各種指標要求的濾波器;梳狀腔體濾波器與其他幾種腔體濾波器相比最大的優點是可實現相對帶寬較寬的遠寄生通帶特性,同時在相同帶寬以及帶外抑制的情況下可以做到腔體濾波器中的最小體積。但是梳狀腔由于腔體內存在加載電容,因此功率容量較低。

交指可實現800MHz-26GHz,帶寬40%以內的各種指標要求的濾波器。交指濾波器最大的特點是可以實現寬帶,如果采用冗余諧振桿,考慮到機加可是線性,其相對帶寬通常可以寬達60%。同時在K波段時,寬帶的梳狀濾波器機加基本無法加工并且調試螺釘無法放置,因此在該條件下通常采用交指結構。交指結構與梳狀相比其寄生通帶較近,通常其寄生通帶在1.8F0左右。同體積下,交指濾波器較梳狀濾波器功率容量大。

波導腔常用來實現8GHz-60GHz,相對帶寬15%以內的濾波器。波導腔濾波器具有高Q、高功率容量等特點,但是波導腔的濾波器一般體積較大,在對損耗要求不是太高的情況下,一般都是使用交指或梳狀濾波器來實現。但是對損耗要求較高的窄帶濾波器,并且對體積要求不高的條件下,波導腔還是較好的選擇之一。一般同等技術指標下,波導腔濾波器的損耗約為交指或者梳狀濾波器的一半。此外,波導腔濾波器的功率容量大約比交指、梳狀濾波器的功率容量高一個數量級,因此在大功率雷達天線饋源處常使用波導腔濾波器。

介質腔體濾波器通常用來實現2GHz-18GHz,相對帶寬0.1%-1.5%以內的各種技術指標的濾波器。介質腔濾波器屬于濾波器中Q值最高的,其Q值約為波導空腔的2~5倍,比梳狀、交指結構的濾波器Q值高約一個數量級。但是介質腔濾波器體積較大,帶外寄生很近,帶寬不能做得很寬,因此介質腔濾波器通常用在相對帶寬低于1%,但是損耗要求較高的場合。

03

聲表面波/體聲波濾波器

聲表采用將電能轉換為表面聲波的方式,利用聲波共振效應實現的濾波。該聲表面波濾波器的特點是體積非常小,Q值相對LC高,采用半導體工藝適合批量生產。一只800MHz左右的濾波器體積大概只有一個0805電容大小。其缺點是功率容量小,不適合小批量定制產品,研發周期長,研發成本高。聲表濾波器通常應用在終端消費電子產品中。

04

螺旋濾波器

螺旋濾波器是一種半集總參數的濾波器,其采用放置在空腔內的螺旋電感的自諧振來實現諧振器,通過相鄰諧振器的空間磁場實現耦合

其優點是:體積較腔體小,Q值、功率容量較LC高。其缺點是:較難實現寬帶,高頻部分電感不易實現。

螺旋濾波器通常用在500MHz以下20%相對帶寬,100W平均功率,對插損有一定要求的場合。

05

介質濾波器

介質濾波器是采用介質填充的四分之一波長短路線或者二分之一開路線實現的半集總濾波器。其優點是Q值較LC高,可以實現較LC濾波器頻率高的濾波器。其缺點是寄生較近,諧振器需要定制。

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