不同结构类型滤波器的优缺点

滤波器种类繁多,按实现方式可以分为:LC滤波器、腔体滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、介质滤波器、高温超导滤波器、平面结构滤波器。下面我们简单介绍不同类型滤波器的优缺点:

01

LC滤波器

LC滤波器是采用恰当的电容、电感来构成的滤波器,实际设计中,LC滤波器通常可实现低通、带通、高通、带阻滤波器。

LC滤波器的优点是:体积小、成本低、寄生通带远,但其缺点是相对损耗大,带外选择性能较差,功率容量小。另外,LC滤波器中电感采用绕制线圈的方式,因此较难实现高频滤波的电感。因此LC滤波器通常只用来设计制作4GHz以下频率的滤波器。

02

腔体滤波器

腔体滤波器是滤波器家族中最为重要的类型之一,在射频系统中的前端有非常广泛的应用。其中发射后端(功放后)、接收前端(LNA前/后)均为不可为其他类型滤波器替代。腔体滤波器可以分为:梳状、交指、波导腔、介质腔等。

梳状腔体滤波器:梳状结构可实现200MHz-15GHz,带宽30%内的各种指标要求的滤波器;梳状腔体滤波器与其他几种腔体滤波器相比最大的优点是可实现相对带宽较宽的远寄生通带特性,同时在相同带宽以及带外抑制的情况下可以做到腔体滤波器中的最小体积。但是梳状腔由于腔体内存在加载电容,因此功率容量较低。

交指可实现800MHz-26GHz,带宽40%以内的各种指标要求的滤波器。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。

波导腔常用来实现8GHz-60GHz,相对带宽15%以内的滤波器。波导腔滤波器具有高Q、高功率容量等特点,但是波导腔的滤波器一般体积较大,在对损耗要求不是太高的情况下,一般都是使用交指或梳状滤波器来实现。但是对损耗要求较高的窄带滤波器,并且对体积要求不高的条件下,波导腔还是较好的选择之一。一般同等技术指标下,波导腔滤波器的损耗约为交指或者梳状滤波器的一半。此外,波导腔滤波器的功率容量大约比交指、梳状滤波器的功率容量高一个数量级,因此在大功率雷达天线馈源处常使用波导腔滤波器。

介质腔体滤波器通常用来实现2GHz-18GHz,相对带宽0.1%-1.5%以内的各种技术指标的滤波器。介质腔滤波器属于滤波器中Q值最高的,其Q值约为波导空腔的2~5倍,比梳状、交指结构的滤波器Q值高约一个数量级。但是介质腔滤波器体积较大,带外寄生很近,带宽不能做得很宽,因此介质腔滤波器通常用在相对带宽低于1%,但是损耗要求较高的场合。

03

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。

04

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。

05

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。

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