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滤波器的主要参数与特性指标
2021-11-26

滤波器的主要参数与特性指标


一、滤波器的参数


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<。1 bwdbbwdbdiv="">。

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&rho。,&rho。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&mdash。&mdash。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&mdash。&mdash。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。


串联谐振

二、滤波器的特性指标


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&rarr。&infin。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/&radic。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强,稳定性也越高。


5、群时延函数

当滤波器幅频特性满足设计要求时,为保证输出信号失真度不超过允许范围,对其相频特性∮(w)也应提出一定要求,在滤波器设计中,常用群时延函数d∮(w)/dw*价信号经滤波后相位失真程度,群时延函数d∮(w)/dw越接近常数。


要灵活使用滤波器,对其参数与特性的了解是必需的,以上总结了滤波器的主要参数与特性指标,小编认为还算是比较全面的,希望对大家有所帮助。


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