浅谈滤波器之——啥是滤波器

文章略显枯燥，大家可以在阅读的同时，听一下李荣浩的这首歌曲……

      滤波器，顾名思义，就是对信号进行选择性过滤，对不需要的信号进行有效滤除。按照其传输信号的类型可划分为模拟滤波器和数字滤波器，比如卡尔曼滤波器就是数字滤波器的一种，用来对数字信号进行处理。而射频滤波器，则属于模拟滤波器的一种，用来处理电磁波信号。

    滤波器的作用就是滤除信号中的噪声和杂波，使经过的信号变得漂亮，就如同大家所用的美颜相机一样。

     射频滤波器按照其滤波特性可分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器。低通滤波器，也就是低于其截止频率的信号可以通过，而高于其截止频率的信号被衰减掉；高通滤波器则相反:带通滤波器使其通带内的信号通过，而通带外的信号衰减掉；带阻滤波器则相反。其滤波特性如下图所示。

     射频滤波器按照其构成形式又可分为LC滤波器，微带滤波器，同轴腔体滤波器和波导滤波器…

     那么滤波器既然作为一个信号的通道，目的是滤除信号中的噪声或者杂波，使信号变得干净漂亮。那要具备哪些性能呢？

工作频率F0：首先滤波器需要知道信号的中心频率是多少？总不能用一个低频滤波器去干高频滤波器的事。

工作带宽BW:其次滤波器需要知道有效信号的带宽是多少，太窄了，信号不能完整通过，太宽又不能有效滤除杂波。

插入损耗IL: 信号通过的时候，要损失多少能量。当然我们希望越小越好，最好无损的通过去。

回波损耗RL: 信号来的时候，有多少能量被挡在外面，反射回去。这个，也希望越小越好。总而言之，我们希望信号经过滤波器的时候能量无损失，无反射的全部过去。

带外抑制:也称带外衰减，这个是指滤波器通带以外的信号，要尽可能的衰减下去，不让他再去干扰别的信号。

群时延GD: 是指这个信号通过滤波器要走多长时间，这个我们希望群时延在整个滤波器是一致的，也就是信号通过滤波器的时候能够步伐一致的通过，别有的过去了，有的还在后面。

功率容量: 这个也就是滤波器所能承受的最大功率，包括峰值功率和平均功率。

互调IMD:也叫PIM，是担心两路信号在滤波器里面相遇产生爱情的火花，生出来一个落在带外的娃。自己的娃，舍不得打，又去干扰别的信号。无故添些烦恼。设计者也是希望IMD越小越好。

     总之，所有的这些指标都是基于滤波器所要处理的信号的特性来定义的。我们希望信号能够完美无损的通过滤波器，滤除不必要的杂波。当然，并不是所有的事情都要尽善尽美，我们只要在这些指标下，进行有效的平衡。设计出价钱，体积，性能都满足系统要求的滤波器就好。

    目前常用的滤波器的设计方法一般称为KQ法，K是指滤波器的耦合系数，Q是指滤波器的谐振器频率和品质因数，也可以理解成滤波器的设计主要是谐振器的设计和耦合的设计。通过耦合矩阵使得谐振器有效的组合起来，来完成滤波器的功效。

    具体的设计流程就是先根据系统的指标，利用滤波器计算软件比如Coupfil或者CST自带的滤波器综合软件来完成滤波器的指标评估，确定滤波器所需要谐振器的个数和耦合矩阵。然后利用电磁仿真软件进行仿真设计，常用的仿真软件是CST或者HFSs,公 众 号的其他文章有软件的详细介绍。仿真设计完成后，进行画图，然后样品验证和测试，最后实现量产，实现设计的价值。

最近比较热火的介质滤波器也遵循这个设计流程。

    对于滤波器的初学者，建议多看看历年各个学校的研究生毕业论文和博士论文，可以直接在CNKI⬆️下载文章。硕士论文和博士论文一般都对现有技术和理论基础做了很好的总结，我们可以直接拿来用。然后可以多翻翻卡梅隆的书籍，看不懂不要紧，最起码对里面的一些内容脸熟。然后就是多做一些仿真，仿真成本最低，做一款样品怎么说也的几天时间，花费一些钱。有条件的话，还是做些样品验证，调试也是一个技术活。

本篇文章只对滤波器做一个粗略的介绍，更多的让人了解这个东西。如需更多的了解，请关注公用号，一起探讨有关滤波器，有关5G，有关电磁场，电磁波的一些东西。言语粗俗，知识浅薄，还望担待。

附录

介质波导滤波器仿真技术研究，是目前网络上能找到的比较新的贾老师的培训资料。大家一起观摩学习下。

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