锐客网

  1. 首页 > 睿知 > >

滤波器和双工器介绍 带通滤波器的作用

生活知识睿知

带通滤波器的功能(滤波器和双工器介绍)
滤镜是有选择地传递“它喜欢的”，阻挡“它不喜欢的”的元件 。当我们讨论滤波器的特性时，通常用频域来描述 。
在大多数情况下，滤波器属于下面所示的四种可能的理想类型之一(滤波器可能有一些其他变化，例如，具有多个通带的滤波器等 。，但是您可以看到99%以上的过滤器都是以下类型之一) 。
低通滤波器是让低频信号通过而阻止高频信号的滤波器 。频率应该有多低取决于滤波器的规格 。
高通滤波器是让高频信号通过，阻止低频信号的滤波器 。频率应该有多高取决于滤波器的规格 。
带通滤波器是一种通过一定频率范围的滤波器，它可以屏蔽低于和高于特定范围的区域 。滤波器的频率范围由规格决定 。
带阻滤波器是一种可以通过除窄频率范围以外的大多数频率的滤波器 。其他类型的滤波器的目的是通过一定范围的信号，但带阻滤波器的目的是阻止信号的选定频率 。
理想的滤波器是上面所示的滤波器 。它会通过特定的信号范围，并开始阻止该范围旁边的信号 。但现实是，没有任何设备能像理想概念那样工作 。过滤器也是 。
以带通滤波器为例 。大家想要的理想滤镜就是左图所示的那种，但是你永远也得不到这种滤镜 。即使在滤波器的理论设计中，您也会看到中间一栏中显示的几种类型，但即使是这种理论滤波器也不如理想滤波器 。
第一种理论型在通带区有一些波动(波纹)，相对陡峭地落入阻断区(阻带)，阻带没有波动 。
第二种理论类型在阻带既没有通带也没有纹波 。没有涟漪就好 。但这种情况下，会慢慢落入阻挡区 。
第三种理论型在通带和阻带都有纹波，不好，但是非常陡峭地落入阻带，这是好的 。
右栏给出了一些真实滤波器的例子，明显比理论性质差 。这只是几个真正的过滤器 。。在现实世界中，你会有许多不同类型和特点的过滤器 。
实现滤波器的方法有很多种，很难列出所有可能的天线实现方法 。下面只是几个我认为在很多领域最常用的实现方法 。下面是一些过滤器实现的例子 。
【滤波器和双工器介绍 带通滤波器的作用】电气滤波器:这是一种使用基本电气元件(如R/L/C)实现滤波器的方法 。我认为这将是最常见和最广泛使用的过滤器类型 。根据具体应用，只有单个元件(如单个电感或单个电容)可以用作滤波器 。在其他一些应用中，您会看到这些元素作为过滤器的非常复杂的组合 。
表面声波滤波器(SAW滤波器):这是一种将电能转换为声能并应用滤波，然后将滤波后的能量转换回电能的滤波器 。这种滤波器的优点在于，它可以在相对较小的尺寸内实现非常高的质量(非常高阶的滤波器) 。这种类型的缺点是难以处理高功率，并且通常会导致较大的插入损耗 。在大多数手机中，你会看到至少有一两个SAW滤波器大多在射频级 。他们以前在中频阶段使用SAW滤波器，现在在大部分手机中，整个中频阶段都消失了，中频SAW滤波器也消失了 。
腔体滤波器:当我看到这种类型的滤波器时，我很惊讶这样一个简单的大体积金属物体可以充当滤波器 。(内部结构没有我想的那么简单，但至少从外面看，像是金属块) 。就滤波器特性而言，我认为它性能不高，但能处理大功率，能覆盖的频率范围能达到极高频率 。与其他类型的滤波器相比，插入损耗通常非常小 。
数字滤波器:如你所料，它是一个基于数值算法的滤波器 。要使用这种滤波器，必须先将输入的模拟信号转换成数字信号，然后再处理数字数据 。这种滤波器的优点是可以获得与理论设计几乎相同的滤波器性能 。缺点是由于AD转换器采样率的限制，难以处理高频信号 。当然，你可以将高频信号下变频为低频信号，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滤波 。另一个缺点是由每个数字门元件引起的延迟将导致相对长的延迟 。
不管你想设计什么样的滤镜，基本的设计目标都会如下图所示 。
(1)陡峭的过渡阶段: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，如(1)所示 。大家都想提高这个属性，从实线变成虚线 。我们通常通过增加滤波器的阶数来实现这一点，但这种增加会使滤波器变得更大或更复杂 。在无源滤波器的情况下，阶数的增加也会导致更大的插入损耗 。
在不增加过多尺寸的情况下，过渡相位最陡的滤波器之一是SAW滤波器，但与其他类型的滤波器相比，SAW滤波器的插入损耗比较大 。尤其是当SAW滤波器具有非常尖锐的过渡但插入损耗太大时 。
(2)插入损耗小:现在不需要了 。每个人都希望插入损耗越小越好，但是提高插入损耗并不容易，尤其是当损耗是由滤波器(如SAW滤波器)的材料特性造成的时候 。
(3)相位线性:每个人都希望在虚线所示的通带内具有恒定的或者至少是线性的相位特性，但实际上大多数滤波器都会有波动的，有时甚至更复杂的相位特性 。不幸的是，优化相位特性极其困难 。
双工器是一种可以将发送路径和接收路径连接到单个或公共天线而不会相互干扰的设备 。当发射机和接收机的频率不同时(FDD)，它可以与两个滤波器组合 。一个滤波器针对接收器进行调谐，另一个针对发射器进行调谐，如下所示 。
当发射机和接收机的频率相同(TDD)时，滤波方法将不起作用 。在这种情况下，我们使用循环器，它只能在一个方向传输信号，如下所示 。
双工器能给我们带来什么？为什么我们需要双工器？
首先，想想信号传输的时候会发生什么 。根据设计，大部分信号将通过天线，但一小部分信号将溢出到接收路径中 。溢出信号的量很小，但它可能对接收路径造成相当严重的干扰，因为接收路径被设计成响应非常低的信号强度 。在大多数无线通信中，到达接收路径的信号通常很弱 。因此，接收器路径的设计应该能够处理这种弱信号 。由于接收路径的这种特性，即使是从发射机溢出的小信号也可能是非常严重的干扰，在最坏的情况下甚至可能损坏接收路径 。
但是，如果您放置一个双工器，如下所示 。从发射机溢出的信号不能进入接收机路径，因为它被只允许接收机频率信号通过的滤波器阻挡 。
类似的逻辑适用于接收信号 。如果没有双工器，一小部分接收信号可能会溢出到发射机路径中 。因为接收到的信号总量非常弱，所以不太可能损坏发射机路径中的任何东西 。它通常设计用于处理非常强的信号，但它仍可能是一个严重的干扰源 。如果沿传输路径的放大器放大溢出的信号，干扰将变得更加严重 。
同样，如果使用双工器，从接收路径溢出的能量无法进入发射路径，因为它会被只允许发射信号频率通过的滤波器滤除 。
在实际使用中，双工器有很多种类型 。非常小的双工器，如(a)、(b)和(c)，通常基于声表面波、BAW和FBAR 。如果你拆卸一个移动设备，比如你的手机，它通常没有那么大的功率 。如果您观察一个比移动设备更大且处理相对较高功率的系统，您会看到(D)、(E)和(F)等双工器，它们直接设计在PCB上或基于腔体滤波器 。
在一些处理极高功率或要求极低插入损耗的应用中，会出现(G)、(H)和(I)等双工器 。
在结构上，双工器只是两个滤波器的复合体 。因此，双工器的特性是以滤波器的特性为基础的 。在大多数移动通信中，发射频率和接收频率的差距并不大 。因此，双工器的关键要求之一是如何将相邻的接收频率与发射频率分开 。理想的要求是有非常明显的分隔，没有任何重叠，但现实中，你无法避免一定程度的重叠 。

    推荐阅读


    上一篇：遇到龙卷风应该如何自救

    下一篇：墓碣怎么读 碣怎么读