滤波器主要参数与特性指标

滤波器的主要参数 滤波器的主要参数 Definitions 中心频率 Center Frequency 滤波器通带的频率 f0 一般取 f0 f1 f2 2 f1 f2 为 带通或带阻滤波器左 右相对下降 1dB 或 3dB 边频点 窄带滤波器常以插损最小点为中心 频率计算通带带宽 截止频率 Cutoff Frequency 指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频 点 通常以 1dB 或 3dB 相对损耗点来标准定义 相对损耗的参考基准为 低通以 DC 处插 损为基准 高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准 通带带宽 BWxdB 指需要通过的频谱宽度 BWxdB f2 f1 f1 f2 为以中心频率 f0 处插入损耗为基准 下降 X dB 处对应的左 右边频点 通常用 X 3 1 0 5 即 BW3dB BW1dB BW0 5dB 表征滤波器通带带宽参数 分数带宽 fractional bandwidth BW3dB f0 100 也常用来表征滤波器通带带宽 插入损耗 Insertion Loss 由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗 以中心或 截止频率处损耗表征 如要求全带内插损需强调 纹波 Ripple 指 1dB 或 3dB 带宽 截止频率 范围内 插损随频率在损耗均值曲线基 础上波动的峰 峰值 带内波动 Passband Riplpe 通带内插入损耗随频率的变化量 1dB 带宽内的带内波动是 1dB 带内驻波比 VSWR 衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标 理想匹 配 VSWR 1 1 失配时 VSWR 1 对于一个实际的滤波器而言 满足 VSWR 在入射波和反射波相位相同的地方 电压振幅相加为最大电压振幅 Vmax 形成波腹 在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅 Vmin 形成波节 其它 各点的振幅值则介于波腹与波节之间 这种合成波称为行驻波 驻波比是驻波波腹处的电 压幅值 Vmax 与波节处的电压幅值 Vmin 之比 回波损耗 Return Loss 端口信号输入功率与反射功率之比的分贝 dB 数 也等于 20Log10 为电压反射系数 输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大 回波损耗 又称为反射损耗 是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射 是一对线自 身的反射 从数学角度看 回波损耗为 10 lg 反射功率 入射功率 回波损耗愈大愈好 以减少反射光对光源和系统的影响 阻带抑制度 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标 该指标越高说明对带外干扰信号抑制 的越好 通常有两种提法 一种为要求对某一给定带外频率 fs 抑制多少 dB 计算方法为 fs 处衰减量 As IL 另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标 矩形系 数 KxdB 1 KxdB BWxdB BW3dB X 可为 40dB 30dB 20dB 等 滤波器阶数越多矩 形度越高 即 K 越接近理想值 1 制作难度当然也就越大 延迟 Td 指信号通过滤波器所需要的时间 数值上为传输相位函数对角频率的导数 即 Td df dv 带内相位线性度 该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小 按线性相位 响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度 特性指标特性指标 1 特征频率 1 通带截频 fp wp 2p 为通带与过渡带边界点的频率 在该点信号增益下降到一个人 为规定的下限 2 阻带截频 fr wr 2p 为阻带与过渡带边界点的频率 在该点信号衰耗下降到一人为规 定的下限 3 转折频率 fc wc 2p 为信号功率衰减到 1 2 约 3dB 时的频率 在很多情况下 常 以 fc 作为通带或阻带截频 4 固有频率 f0 w0 2p 为电路没有损耗时 滤波器的谐振频率 复杂电路往往有多个 固有频率 2 增益与衰耗 滤波器在通带内的增益并非常数 1 对低通滤波器通带增益 Kp 一般指 w 0 时的增益 高通指 w 时的增益 带通则指中 心频率处的增益 2 对带阻滤波器 应给出阻带衰耗 衰耗定义为增益的倒数 3 通带增益变化量 Kp 指通带内各点增益的最大变化量 如果 Kp 以 dB 为单位 则指 增益 dB 值的变化量 3 阻尼系数与品质因数 阻尼系数是表征滤波器对角频率为 w0 信号的作用 是滤波器中表示能量衰耗的一项指标 阻尼系数的倒数称为品质因数 是 价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标 Q w0 w 式中的 w 为带通或带阻滤波器的 3dB 带宽 w0 为中心频率 在很多情况下 中心频率与固有频率相等 品质因数 电学和磁学的量 表示一个储能器件 如电感线圈 电容等 谐振电路中所储能量同 每周期损耗能量之比的一种质量指标 串联谐振回路中电抗元件的 Q 值等于它的电抗与其 等效串联电阻的比值 元件的 Q 值愈大 用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳 在串联电路中 电路的品质因数 Q 有两种测量方法 一是根据公式 Q UL U0 Uc U0 测定 Uc 与 UL 分别为谐振时电容器 C 与电感线圈 L 上的电压 另一种方法是通过测量谐 振曲线的通频带宽度 f f2 f1 再根据 Q f0 f2 f1 求出 Q 值 式中 f0 为谐振频率 f2 与 f1 是失谐时 亦即输出电压的幅度下降到最大值的 1 2 0 707 倍时的上 下频率点 Q 值越大 曲线越尖锐 通频带越窄 电路的选择性越好 4 灵敏度 滤波电路由许多元件构成 每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能 滤波器某一性 能指标 y 对某一元件参数 x 变化的灵敏度记作 Sxy 定义为 Sxy dy y dx x 该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念 该灵敏度越小 标志着电路容错能 力越