今天我們繼續(xù)分享一篇關(guān)于聲波濾波器的文章《RF filter design – from resonators to filters》，文章作者是 Gergely Simon，最初發(fā)表在onscale.com的blog。【射頻學(xué)堂】翻譯整理，分享大家學(xué)習(xí)參閱。

為什么我們需要濾波器？

隨著移動設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸和通信需求的增加，尤其是所需帶寬的增加，越來越多的頻段被用于移動數(shù)據(jù)（2G 到 5G）、WiFi 甚至簡單的電話通話。這些需要彼此適當(dāng)隔離，以避免串?dāng)_和不需要的噪聲信號。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，使用了濾波器：它們只允許某些頻率通過，并且根據(jù)這些頻率的范圍，可以分為低通、高通、帶通和帶阻。

我們想要達(dá)到什么目標(biāo)？

為簡單起見，在這篇博文中，我們將介紹帶通濾波器：它們允許兩個頻率之間的大部分能量通過濾波器，同時阻止超出此范圍的任何內(nèi)容（見圖 1）。真正的設(shè)備從來都不是完美的：插入損耗表示帶內(nèi)信號的不完美通過，而抑制則量化了帶外通過的信號量。這些以分貝 (dB) 表示，插入損耗小于 -3 dB，抑制至少 30 dB 被認(rèn)為是足夠的濾波器行為。

我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)它？

在濾波器中，通常使用諧振器，其典型阻抗響應(yīng)如圖 2 所示。

它們以各種拓?fù)浼壜?lián)，最終以盡可能高的選擇性實(shí)現(xiàn)整體帶通行為。在最簡單的情況下，采用所謂的梯形拓?fù)洌鐖D 3 所示。

讓我們詳細(xì)看一下這個例子。請注意，串聯(lián)諧振器（圖 3 中的洋紅色曲線）比并聯(lián)諧振器（圖 3 中的藍(lán)色曲線）具有更高的頻率響應(yīng)，并且并聯(lián)諧振器的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振器的串聯(lián)諧振頻率對齊（品紅色曲線相對于藍(lán)色曲線向右移動）。

現(xiàn)在，如果我們考慮只有一個級的設(shè)置（圖 3 頂部的一個 Zs 和一個 Zp），可以提出以下論點(diǎn)，想象這基本上是一個分壓器：

帶外（~2.1 GHz 左側(cè)和~2.25 GHz 右側(cè)）兩個諧振器的阻抗相當(dāng)——輸出大約是輸入的一半

在并聯(lián)諧振器的串聯(lián)諧振頻率附近（下截止，~2.1 GHz），并聯(lián)諧振器的阻抗變?yōu)榱悖瑢?shí)際上將輸出接地，顯著降低信號

在分頻器 (~2.2 GHz) 附近，并聯(lián)諧振器的阻抗趨于顯著增加，而串聯(lián)諧振器的阻抗趨向于零——這在輸入和輸出之間幾乎造成短路，同時通過幾乎理想的接地隔離開路。

在上截止頻率 (~2.25 GHz) 附近，第 2 點(diǎn)發(fā)生相反的情況：串聯(lián)阻抗趨于無窮大，將輸出與輸入隔離，并且透射率再次急劇下降

此外，并聯(lián)諧振器的阻抗通常低于串聯(lián)諧振器的阻抗（紅色曲線相對于藍(lán)色曲線向上移動）。這進(jìn)一步增加了帶外抑制，因?yàn)檩敵龆说姆謮褐凳冀K較小（考慮帶外）。

最后，請注意，通常使用傳輸線理論和傳播波攜帶的功率來研究這些濾波器。盡管如此，分壓器類比提供了一個很好的定性概述。

其他拓?fù)?/p>

梯形濾波器沒有很大的帶外抑制，如圖 4 所示。因此，可以采用其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如格結(jié)構(gòu)或組合梯格拓?fù)洌▓D 5）。

有關(guān)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)的更多信息，請參見參考資料和 Ken-ya Hashimoto：RF Bulk Acoustic Wave Filters for Communications。