- 背景
- 简介
滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是让有用的信号尽可能无衰减的通过,对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口,一个输入信号,一个输出信号,利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波,而得到一个特定频率的正弦波。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利地通过,而另一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路。在滤波器中,把信号能够通过的频率范围,称为通频带或通带;反之,信号受到很大衰减或者完全被抑制的频率范围称为阻带;通带和阻带之间的分界频率称为截止频率;滤波器是由电感器和电流器构成的网路,可以使混合的交直流电流分开。
低通滤波器(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。低通滤波器允许从直流到某个截止频率的信号通过。常见的种类有巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
- 原理
低通滤波器的原理其实很简单,它就是利用电容通高频阻低频,以及电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频,利用电容吸收、电感阻碍的方法阻碍它的通过,对于所需要的低频,利用电容高阻、电感低阻的特点使它通过,这就是低通滤波器的原理。
- 用处
滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心,可利用它们来分开或组合不同的频率,如在变频器、倍频器以及多路通信中。电磁波频谱是有限的,且须按应用加以分配;而滤波器既可以用来限定大功率发射机在规定频带内辐射,反过来又可以用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。在阻抗匹配中也有像滤波器的网络,如在两个不同特性的传输线之间,或在有内阻的发生器与电抗负载之间。有时需要得到一定的相位特性,如脉冲压缩或展宽,或补偿其他滤波器或色散结构所产生的相位失真,也需要滤波器。总之,从超长波经微波到光波以上的所有电磁波段,都需要滤波器。
- 国内外发展史
1915年,德一个名为ICW.Wagn-er的科学家首次提出了一种“瓦格纳滤波器”滤波器设计方法,这种方法一经提出,就在业界得到迅速推广;与此同时,美国的一个科学家G.A.Canbell则提出了另一种独创的设计方法——图像参数法。1917年,两国科学家分别发明了LC集总滤波器,次年美国发明了世界上第一个多路复用系统。从此以后,各国的科研人员们开始了对采用集总元件电感、电容的滤波器设计理论的全面、系统的研究。
随着滤波器设计理论研究的不断深入、材料领域的不断进步与突破以及工作频率的日益提高,所设计的滤波器从刚开始的由集总参数元件构成逐步扩展到由分布参数元件构成。P.D.Rich.tmever在1939年报道并介绍了介质滤波器;然而,当时材料的温度稳定性不高,这种滤波器不能有任何的实际应用。1970年以后,新材料领域取得了重大突破,特别陶瓷材料的发展,介质滤波器有了实际的用武之地并且得到了迅速发展。近几年以来,小型化趋势使得各种类型的微带线滤波器的研发得到了蓬勃的发展。1980年以后出现的高温超导材料被业界一致看好,它极有可能被应用于设计损耗极低、尺寸极小的新型微波滤波器。眼下许多发达国家都在新材料、新技术方面大做文章,试图利用新材料、新技术来提高器件的各项性能指标和集成度;同时,尽可能降低研发成本、减小器件尺寸、降低功耗等。目前我国的微波滤波器的研制和生产与发达国家相比,还存在一定差距,所以我国的微波工程和科技人员任重道远。
总的来说,目前为了满足无线通信系统对微波滤波器所要求的高性能、小型化,国内外主要从材料、工艺、技术以及设计方法等方面进行了广泛而深入的研究。
- 未来发展趋势
对无线通信系统而言,滤波器是一种关键的射频器件。滤波器常常可以看成是一种二端口网络,它具有划分信道、筛选信号的功能,是一种重要的微波通信器件,它的性能的好坏往往会对整个通信系统的性能指标产生直接影响。信息产业和无线通信系统的快速发展导致的相对拥挤的微波频带使得频带划分更加精细,于是,各类通信系统所能使用的频率间隔也越来越密,从而对滤波器的性能指标的要求也越来越高。随着科学技术的快速发展,新材料领域、新工艺方面也取得了长足进步,设计体积小、重量轻、性能高、成本低的射频/微波滤波器以及其它器件必将是工程设计和市场竞争的趋势。这就要求电路一方面要满足电气性能指标,另一方面还要尽可能地减少电路所占用的空间。传统方法设计出来的滤波器结构尺寸一般比较大,在性能指标上也存在着一定程度上的局限性,往往不能够满足现代无线通信系统的要求。现在,在射频、微波电路中较常选用的是波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带线滤波器。由于微带线结构的微波滤波器体积小、重量轻、通过光刻术容易加工且方便与其它微波电路集成在一起,故许多电路均使用此类滤波器。
四.意义
随着半导体器件工艺飞跃进步及其向更高频的发展,已使得微波滤波器技术
