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基础滤波器知识一.滤波器基本概念1.滤波器是什么? 滤波器(Filter)是频率选择器件,用于在通信系统中对通信链路中的信号频率进行选择和控制2.什么是带通滤波器(bandpass filter)? 带通滤波器是指只允许指定的一段有效频率分量通过,而将高于以及低于此段频率分量进行有效抑制的器件。此外，常见的滤波器形式还有低通，高通，低阻，高阻，带阻。3.什么是双工器（Diplexer, Duplexer）? 能同时对接收和发射提供通道，并对接收和发射的频率分量进行控制的滤波器，称为双工器。4.无线通信用滤波器作用是什么? 我们的产品在通信系统中起何作用？用在何处？ 我们的微波射频产品在移动通信系统中叫射频前端。框图如下： 我们公司的产品主要用于提供无线通信收发信道，同时通过收/发两个带通滤波器对信号的选择和控制，抑制掉对通信频带有干扰的频率分量，同时避免了对其他通信方式所在的频带的干扰，并且有效保持接收和发射频带的隔离，提高通信质量。5.基站双工器上的低通滤波器作用是什么? 为了有效抑制寄生通带，我们通过增加低通滤波器对其进行抑制。6.什么是塔放（塔顶放大器），有什么作用？ 塔顶放大器的原理就是通过在基站接收系统的前端，即紧靠接收天线下增加一个低噪声放大器（LNA- Low Noise Amplifier）来实现对基站接收性能的改善。 塔放带来的好处是多方面的。这主要是由于塔放从技术原理上是降低基站接收系统噪声系数，从而提高基站接收系统灵敏度，这样它起到的作用是对基站接收性能的改善。7.什么是dBm,dBi,dBd,dB,dBc? 1.dBmdBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。例1 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。例2 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg（40W/1mw）=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。2.dBi和dBddBi和dBd是考征功率增益的值，两者都是一个相对值， 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15例3 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。例4 0dBd=2.15dBi。例5 GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi）。 3.dBdB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：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。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。例7 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。例8 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6dB。 4.dBc有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。8.微波网络散射参数基本概念我们经常使用S参数（散射参数- Scatter）来描述微波网络。以下面的二端口(two-port)网络为例。二端口微波网络二.滤波器基本技术指标1.通带内最大插入损耗（Insertion Loss）IL微波通过某一网络而引起的传输损耗2.通带内插入损耗的起伏波纹（Ripple）发射通道在发射频段的插入损耗的最大值与最小值之差称为发射通道带内波动接收通道在接收频段的增益的最大值与最小值之差称为接收通道带内波动3.通带内回波损耗（Return Loss）RL相关端口与标称匹配负载相连接时被测端口与无损传输线相连接并当作负载时该端口处的反射功率与入射功率之比4.带外抑制（Rejection）发射通道对发射频段外的信号的抑制程度接收通道对接收频段外的信号的抑制程度5.插入相移和时延特性不同频率的微波信号通过网络时将产生不同的相移,如果网络的相移随频率成线性变化，则具有相同的时延，通过网络的信号波形不发生相位失真。网络的相移随频率的变化率，成为网络的群时延。6.寄生通带离开设计通带一定频带外又出现的通带称为寄生通带，这是微波滤波器特有的现象。7.无源互调(IMD)指两个或多个载波作用在设备上时由于该设备的非线性产生的载波和或差频信号和/差频的组合信号，这些组合信号往往落在通信频带内，造成对干扰，降低通信质量。所以要严格控制使无源互调功率可能尽低，以提高通信质量。三.滤波器基本调试耦合螺钉/耦合 相邻谐振腔的耦合决定了一个滤波器的带宽。很多种方法可以改变两个谐振腔之间的耦合，如：两个腔之间的耦合螺钉，两个腔之间的耦合窗（虹）的大小，以及这两个腔之间的耦合距离。 我们通常都是用耦合螺钉来调节相邻两个腔之间耦合。当我们把耦合螺钉向腔体低部旋下去时，这两个腔之间的耦合量将增大，而且耦合螺钉越靠近腔体低部（短路）的时候，耦合量增加的速率越大。 而且，耦合螺钉的粗细也能影响耦合，一般来说，用较粗的螺钉相对较细的螺钉有更显著的调节作用，调节范围也更大。当你在调一个滤波器时发现某个耦合螺钉需要被调得很低（接近短路）时，此时可以改用一个更粗的螺钉来加大耦合量。 此外，耦合螺钉位置的选择也很关键，通常情况下，我们把耦合螺钉放置在两个腔的中间位置，并要放在耦合窗（虹）的中间，这样的位置能最大程度的发挥耦合螺钉对耦合带宽的调节作用。 在设计不合理的情况下有时会出现仅通过耦合螺钉调节不能达到要求的耦合量的情况，此时应该对腔体或谐振杆进行修改，但最常用的办法是修改两个腔之间的耦合窗（虹）。 当调试过程里发现两个腔之间的耦合太强，或者说耦合螺钉很短, 说明耦合窗太大，应当适当减小，此时可以在耦合腔上焊接一定宽度的金属杆来达到降低耦合的目的。 当调试过程里发现两个腔之间的耦合太弱，或者说耦合螺钉很深，接近腔体底部（短路），说明耦合窗太小，此时可以通过机械加工的方法把耦合窗变大。如果无法改变耦合窗的大小的话，我们还可以通过改变谐振杆尺寸的办法改变耦合量，如果谐振杆加粗，也就意味着耦合距离的减小，耦合量自然会加大。调谐螺钉/谐振杆 谐振杆的尺寸以及谐振杆顶部与盖板的间距决定了腔体谐振的频率，谐振杆越长，或者越靠近盖板，腔体的谐振频率越低。有时候我们把谐振杆加工成蘑菇状，同样可以起到降低谐振频率的结果。最常用的谐振频率调节办法是调谐螺钉，调谐螺钉打得越低，谐振频率越低。此外，调谐螺钉的尺寸同样影响着调节的范围，相对较细的调谐螺钉，使用较粗的调谐螺钉可以获得更低的谐振频率，如果谐振频率太低，应考虑将谐振杆变短，如果谐振频率太高，可以通过增加螺钉尺寸，或使用蘑菇状谐振杆，或将谐振杆变长，以降低谐振频率。调谐螺钉 对于设计完善的滤波器来说，要求每个腔谐振在特定的频率，而且相邻腔体之间的耦合也是固定的，所以，批量生产的每台滤波器的调谐螺钉和耦合螺钉的深度基本相同。所以，在我们调试出现困难的时候，可以参考已经调好的滤波器，观察螺钉深度是否与调好的滤波器的螺钉深度有明显出入。如果有明显出入的话，应参照调好的滤波器把螺钉位置大致调好，有利于调试。 例如，如果第一个耦合螺钉调的太深，表明第一个腔的输入耦合太强了。反之，如果第一个耦合螺钉调的太浅，表明第一个腔的输入耦合太弱了。 如果交叉耦合旁边的调谐螺钉太深，说明交叉耦合太弱了。反之，如果交叉耦合旁边的调谐螺钉太浅，说明交叉耦合太强了。左边/右边 在调滤波器的时候，最重要的是要知道什么样的螺钉可以起到什么样的作用。在调整调谐螺钉的时候应该同时观察回损曲线的右端。在调整耦合螺钉时应该同时观察回损曲线的左端。一般来说，调整耦合螺钉对带宽低端（低频）的回损有较大影响，而调整调谐螺钉对带宽高端（高频）。Q值与损耗 Q值是衡量谐振腔损耗性能的指标，对于相同结构尺寸的谐振腔来说，更高的Q值意味着损耗的减小，同时决定了滤波器插损的好坏。 通常情况下，我们采用高电导率的材料，如银，铜电镀于腔体的表面。以提高其谐振的Q值。提高带内起伏特性 带内起伏指标有时是很难达到的，最容易的提高带内起伏的方法是加大滤波器带宽。但有时受到抑制指标的限制，不可能无限度加宽滤波器。这种情况下，需要改变回损特性以改善带内起伏特性。如果用较小的单位幅度（scale）时可以清楚的观察到带内起伏特性，一般情况下，带内起伏与回损特性是可以关联的，我们可以通过对回损的调整改善带内起伏特性。比如说，我们可以将带内两端的回损调好，这样将会将带内两端的插损改善，从而起到改善带内起伏的作用。回损/抑制 很多情况下我们会努力把回损调得很好，但对滤波器调试来说，这不见得是最好的方法。因为其他相关指标如抑制，是与回损相关的，一般来说，回损越好，抑制指标越差。所以，我们没有必要把回损调得与客户指标有很大的裕量，一般2-3dB就可以了。某些情况下，当你发现回损很好，而抑制指标不过，此时我们可以降低输入耦合，这样会牺牲一点回损而使抑制变好。