基礎(chǔ)濾波器知識(shí)培訓(xùn)1

1、基礎(chǔ)濾波器知識(shí)一.濾波器基本概念1.濾波器是什么? 濾波器(Filter)是頻率選擇器件,用于在通信系統(tǒng)中對(duì)通信鏈路中的信號(hào)頻率進(jìn)行選擇和控制2.什么是帶通濾波器(bandpass filter)? 帶通濾波器是指只允許指定的一段有效頻率分量通過(guò),而將高于以及低于此段頻率分量進(jìn)行有效抑制的器件。此外，常見(jiàn)的濾波器形式還有低通，高通，低阻，高阻，帶阻。3.什么是雙工器（Diplexer, Duplexer）? 能同時(shí)對(duì)接收和發(fā)射提供通道，并對(duì)接收和發(fā)射的頻率分量進(jìn)行控制的濾波器，稱為雙工器。4.無(wú)線通信用濾波器作用是什么? 我們的產(chǎn)品在通信系統(tǒng)中起何作用？用在何處？ 我們的微波射頻產(chǎn)品在移動(dòng)通信

2、系統(tǒng)中叫射頻前端。框圖如下： 我們公司的產(chǎn)品主要用于提供無(wú)線通信收發(fā)信道，同時(shí)通過(guò)收/發(fā)兩個(gè)帶通濾波器對(duì)信號(hào)的選擇和控制，抑制掉對(duì)通信頻帶有干擾的頻率分量，同時(shí)避免了對(duì)其他通信方式所在的頻帶的干擾，并且有效保持接收和發(fā)射頻帶的隔離，提高通信質(zhì)量。5.基站雙工器上的低通濾波器作用是什么? 為了有效抑制寄生通帶，我們通過(guò)增加低通濾波器對(duì)其進(jìn)行抑制。6.什么是塔放（塔頂放大器），有什么作用？ 塔頂放大器的原理就是通過(guò)在基站接收系統(tǒng)的前端，即緊靠接收天線下增加一個(gè)低噪聲放大器（LNA- Low Noise Amplifier）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站接收性能的改善。 塔放帶來(lái)的好處是多方面的。這主要是由于塔放從技

3、術(shù)原理上是降低基站接收系統(tǒng)噪聲系數(shù)，從而提高基站接收系統(tǒng)靈敏度，這樣它起到的作用是對(duì)基站接收性能的改善。7.什么是dBm,dBi,dBd,dB,dBc? 1.dBmdBm是一個(gè)考征功率絕對(duì)值的值，計(jì)算公式為：10lgP（功率值/1mw）。例1 如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。例2 對(duì)于40W的功率，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10lg（40W/1mw）=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。2.dBi和dBddBi和dBd是考征功率增益的值，兩者都是一個(gè)相對(duì)值， 但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，dBd的參考基準(zhǔn)為

4、偶極子，所以兩者略有不同。一般認(rèn)為，表示同一個(gè)增益，用dBi表示出來(lái)比用dBd表示出來(lái)要大2.15例3 對(duì)于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時(shí)，為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。例4 0dBd=2.15dBi。例5 GSM900天線增益可以為13dBd（15dBi），GSM1800天線增益可以為15dBd（17dBi）。 3.dBdB是一個(gè)表征相對(duì)值的值，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：10lg（甲功率/乙功率）例6 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是說(shuō)，甲的功率比乙的功率大3 d

5、B。例7 7/8 英寸GSM900饋線的100米傳輸損耗約為3.9dB。例8 如果甲的功率為46dBm，乙的功率為40dBm，則可以說(shuō)，甲比乙大6dB。 4.dBc有時(shí)也會(huì)看到dBc，它也是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。一般來(lái)說(shuō)，dBc是相對(duì)于載波（Carrier）功率而言，在許多情況下，用來(lái)度量與載波功率的相對(duì)值，如用來(lái)度量干擾（同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等）以及耦合、雜散等的相對(duì)量值。 在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。8.微波網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)基本概念我們經(jīng)常使用S參數(shù)（散射參數(shù)- Scatter）來(lái)描述微波網(wǎng)絡(luò)。以下面的二端口(two-port)

6、網(wǎng)絡(luò)為例。二端口微波網(wǎng)絡(luò)二.濾波器基本技術(shù)指標(biāo)1.通帶內(nèi)最大插入損耗（Insertion Loss）IL微波通過(guò)某一網(wǎng)絡(luò)而引起的傳輸損耗2.通帶內(nèi)插入損耗的起伏波紋（Ripple）發(fā)射通道在發(fā)射頻段的插入損耗的最大值與最小值之差稱為發(fā)射通道帶內(nèi)波動(dòng)接收通道在接收頻段的增益的最大值與最小值之差稱為接收通道帶內(nèi)波動(dòng)3.通帶內(nèi)回波損耗（Return Loss）RL相關(guān)端口與標(biāo)稱匹配負(fù)載相連接時(shí)被測(cè)端口與無(wú)損傳輸線相連接并當(dāng)作負(fù)載時(shí)該端口處的反射功率與入射功率之比4.帶外抑制（Rejection）發(fā)射通道對(duì)發(fā)射頻段外的信號(hào)的抑制程度接收通道對(duì)接收頻段外的信號(hào)的抑制程度5.插入相移和時(shí)延特性不同頻率的微

7、波信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)將產(chǎn)生不同的相移,如果網(wǎng)絡(luò)的相移隨頻率成線性變化，則具有相同的時(shí)延，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)波形不發(fā)生相位失真。網(wǎng)絡(luò)的相移隨頻率的變化率，成為網(wǎng)絡(luò)的群時(shí)延。6.寄生通帶離開(kāi)設(shè)計(jì)通帶一定頻帶外又出現(xiàn)的通帶稱為寄生通帶，這是微波濾波器特有的現(xiàn)象。7.無(wú)源互調(diào)(IMD)指兩個(gè)或多個(gè)載波作用在設(shè)備上時(shí)由于該設(shè)備的非線性產(chǎn)生的載波和或差頻信號(hào)和/差頻的組合信號(hào)，這些組合信號(hào)往往落在通信頻帶內(nèi)，造成對(duì)干擾，降低通信質(zhì)量。所以要嚴(yán)格控制使無(wú)源互調(diào)功率可能盡低，以提高通信質(zhì)量。三.濾波器基本調(diào)試耦合螺釘/耦合 相鄰諧振腔的耦合決定了一個(gè)濾波器的帶寬。很多種方法可以改變兩個(gè)諧振腔之間的耦合，如：兩個(gè)腔之間

8、的耦合螺釘，兩個(gè)腔之間的耦合窗（虹）的大小，以及這兩個(gè)腔之間的耦合距離。 我們通常都是用耦合螺釘來(lái)調(diào)節(jié)相鄰兩個(gè)腔之間耦合。當(dāng)我們把耦合螺釘向腔體低部旋下去時(shí)，這兩個(gè)腔之間的耦合量將增大，而且耦合螺釘越靠近腔體低部（短路）的時(shí)候，耦合量增加的速率越大。 而且，耦合螺釘?shù)拇旨?xì)也能影響耦合，一般來(lái)說(shuō)，用較粗的螺釘相對(duì)較細(xì)的螺釘有更顯著的調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)范圍也更大。當(dāng)你在調(diào)一個(gè)濾波器時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)耦合螺釘需要被調(diào)得很低（接近短路）時(shí)，此時(shí)可以改用一個(gè)更粗的螺釘來(lái)加大耦合量。 此外，耦合螺釘位置的選擇也很關(guān)鍵，通常情況下，我們把耦合螺釘放置在兩個(gè)腔的中間位置，并要放在耦合窗（虹）的中間，這樣的位置能最大程度的

9、發(fā)揮耦合螺釘對(duì)耦合帶寬的調(diào)節(jié)作用。 在設(shè)計(jì)不合理的情況下有時(shí)會(huì)出現(xiàn)僅通過(guò)耦合螺釘調(diào)節(jié)不能達(dá)到要求的耦合量的情況，此時(shí)應(yīng)該對(duì)腔體或諧振桿進(jìn)行修改，但最常用的辦法是修改兩個(gè)腔之間的耦合窗（虹）。 當(dāng)調(diào)試過(guò)程里發(fā)現(xiàn)兩個(gè)腔之間的耦合太強(qiáng)，或者說(shuō)耦合螺釘很短, 說(shuō)明耦合窗太大，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小，此時(shí)可以在耦合腔上焊接一定寬度的金屬桿來(lái)達(dá)到降低耦合的目的。 當(dāng)調(diào)試過(guò)程里發(fā)現(xiàn)兩個(gè)腔之間的耦合太弱，或者說(shuō)耦合螺釘很深，接近腔體底部（短路），說(shuō)明耦合窗太小，此時(shí)可以通過(guò)機(jī)械加工的方法把耦合窗變大。如果無(wú)法改變耦合窗的大小的話，我們還可以通過(guò)改變諧振桿尺寸的辦法改變耦合量，如果諧振桿加粗，也就意味著耦合距離的減小，耦

10、合量自然會(huì)加大。調(diào)諧螺釘/諧振桿 諧振桿的尺寸以及諧振桿頂部與蓋板的間距決定了腔體諧振的頻率，諧振桿越長(zhǎng)，或者越靠近蓋板，腔體的諧振頻率越低。有時(shí)候我們把諧振桿加工成蘑菇狀，同樣可以起到降低諧振頻率的結(jié)果。最常用的諧振頻率調(diào)節(jié)辦法是調(diào)諧螺釘，調(diào)諧螺釘打得越低，諧振頻率越低。此外，調(diào)諧螺釘?shù)某叽缤瑯佑绊懼{(diào)節(jié)的范圍，相對(duì)較細(xì)的調(diào)諧螺釘，使用較粗的調(diào)諧螺釘可以獲得更低的諧振頻率，如果諧振頻率太低，應(yīng)考慮將諧振桿變短，如果諧振頻率太高，可以通過(guò)增加螺釘尺寸，或使用蘑菇狀諧振桿，或?qū)⒅C振桿變長(zhǎng)，以降低諧振頻率。調(diào)諧螺釘 對(duì)于設(shè)計(jì)完善的濾波器來(lái)說(shuō)，要求每個(gè)腔諧振在特定的頻率，而且相鄰腔體之間的耦合也是固

11、定的，所以，批量生產(chǎn)的每臺(tái)濾波器的調(diào)諧螺釘和耦合螺釘?shù)纳疃然鞠嗤?。所以，在我們調(diào)試出現(xiàn)困難的時(shí)候，可以參考已經(jīng)調(diào)好的濾波器，觀察螺釘深度是否與調(diào)好的濾波器的螺釘深度有明顯出入。如果有明顯出入的話，應(yīng)參照調(diào)好的濾波器把螺釘位置大致調(diào)好，有利于調(diào)試。 例如，如果第一個(gè)耦合螺釘調(diào)的太深，表明第一個(gè)腔的輸入耦合太強(qiáng)了。反之，如果第一個(gè)耦合螺釘調(diào)的太淺，表明第一個(gè)腔的輸入耦合太弱了。 如果交叉耦合旁邊的調(diào)諧螺釘太深，說(shuō)明交叉耦合太弱了。反之，如果交叉耦合旁邊的調(diào)諧螺釘太淺，說(shuō)明交叉耦合太強(qiáng)了。左邊/右邊 在調(diào)濾波器的時(shí)候，最重要的是要知道什么樣的螺釘可以起到什么樣的作用。在調(diào)整調(diào)諧螺釘?shù)臅r(shí)候應(yīng)該同時(shí)觀

12、察回?fù)p曲線的右端。在調(diào)整耦合螺釘時(shí)應(yīng)該同時(shí)觀察回?fù)p曲線的左端。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)整耦合螺釘對(duì)帶寬低端（低頻）的回?fù)p有較大影響，而調(diào)整調(diào)諧螺釘對(duì)帶寬高端（高頻）。Q值與損耗 Q值是衡量諧振腔損耗性能的指標(biāo)，對(duì)于相同結(jié)構(gòu)尺寸的諧振腔來(lái)說(shuō)，更高的Q值意味著損耗的減小，同時(shí)決定了濾波器插損的好壞。 通常情況下，我們采用高電導(dǎo)率的材料，如銀，銅電鍍于腔體的表面。以提高其諧振的Q值。提高帶內(nèi)起伏特性 帶內(nèi)起伏指標(biāo)有時(shí)是很難達(dá)到的，最容易的提高帶內(nèi)起伏的方法是加大濾波器帶寬。但有時(shí)受到抑制指標(biāo)的限制，不可能無(wú)限度加寬濾波器。這種情況下，需要改變回?fù)p特性以改善帶內(nèi)起伏特性。如果用較小的單位幅度（scale）時(shí)可以清楚的觀察到帶內(nèi)起伏特性，一般情況下，帶內(nèi)起伏與回?fù)p特性是可以關(guān)聯(lián)的，我們可以通過(guò)對(duì)回?fù)p的調(diào)整改善帶內(nèi)起伏特性。比如說(shuō)，我們可以將帶內(nèi)兩端的回?fù)p調(diào)好，這樣將會(huì)將帶內(nèi)兩