金航标技术顾问张武军浅析——关于滤波器（下）

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2023-05-15 10:39:38 735

2.1 LC滤波器 (Passive Filter)

LC滤波器又称无源滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高等优点。电容器和电感器是特性完全相反的被动元器件，通过将电容和电感组合，就可抑制或通过特定频率的信号。

A、低通滤波器(LPF)

L型 π型 T型

B、高通滤波器(HPF)

C、带通滤波器(BPF)

2.2 表声波滤波器 (Surface Acoustic Wave filter--SAW filter)

体声波滤波器 (Bulk Acoustic Wave filter--BAW filter)

表声波滤波器是采用表声波器件实现的滤波器。其工作频率范围约在10MHz~1GHz（一般最高2.7GHz）。

表声波滤波器（通常简称为SAW）主要原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器（Transducer）将电波的输入信号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的信号，以达到过滤不必要的信号分量及杂波，提升收讯品质的目标。比传统的 LC 滤波器安装更简单、体积更小。

SAW 滤波器的结构示意 BAW 滤波器的结构示意

SAW是以石英、铌酸锂、压电陶瓷或钎钛酸铅等压电晶体为基片，经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜，通过光刻工艺制成两组具有能量转换功能的交叉指型的金属电极，分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器。当输入叉指换能器接上交变电压信号时，压电晶体基片的表面就产生振动，并激发出与外加信号同频率的声波，此声波主要沿着基片的表面的与叉指电极升起的方向传播，故称为声表面波，其中一个方向的声波被除数吸声材料吸收，别一方向的声波则传送到输出叉指换能器，被转换为电信号输出。

表声波（SAW）技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。声表面波技术的发展相当迅猛，其应用领域从最开始的军用雷达发展到现在几乎遍及整个无线电通讯。特别是移动通讯技术的高速发展，更进一步地推动了声表面波技术的发展。SAW滤波器广泛应用于手机、GPS定位、卫星通讯和有线电视等电器设备。

由其工作原理知道，SAW的滤波选频特性好(高Q值)，体积小，但不适宜于高频段。

BAW滤波器基本原理与SAW滤波器相同，不同的是BAW滤波器中声波垂直传播。同时电极的使用与薄膜压电层的厚度决定滤波器谐振频率，高频下薄膜压电层厚度在几微米量级，因此需要使用较高难度的薄膜沉积与微机械加工技术，制造难度与成本更高。

高于1.5GHz时，BAW滤波器非常具有性能优势。BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小，这使它非常适合要求非常苛刻的3G和4G应用。此外，即便在高宽带设计中，BAW对温度变化也不那么敏感，同时它还具有极低的插损、高Q值和良好的矩形系数。使用BAW可设计高抑制性、陡峭、窄带、温漂很小的滤波器，它非常适合处理相邻频段之间非常棘手的干扰抑制问题。

2.3 介质滤波器 (Dielectric Filter)

所谓介质滤波器（Dielectric Filter）是利用介质谐振器的滤波器。而介质谐振器（Dielectric Resonator）是由于电磁波在介质内部进行反复地全反射所形成的。因为电磁波在高介电常数的物质里传播时，其波长可以缩短，正是利用这一特点可以构成微波谐振器。

介质滤波器是由多个介质谐振器通过耦合构成。介质谐振器可由介电常数比空气介电常数高出20100倍的陶瓷构成。于是，介质滤波器与以往的空腔谐振器相比，可以实现小型化。介质滤波器工作频率可达7GHz。

现在，介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于通讯、雷达和导航等领域。介质滤波器作为高频元器件，在微波通信和移动通信领域己成为不可缺少的电子元器件。

介质材料：微波介质粉末材料（如钛酸钡、锆酸盐、钛酸锆锡等）经混合高温烧结而成（陶瓷）。这些介质材料都具有优良的电磁特性（高介电常数、低损耗，谐振频率随温度变化量可以控制在很小的范围……）。

其他概念：空腔、电壁、谐振腔、储存电磁能、电场能/磁场能转换、震荡、波导、光/电磁波的反射/折射

A、介质谐振器结构

B、介质滤波器

C、介质谐振器/滤波器工艺流程

2.4 腔体滤波器 (Cavity Filter)

腔体滤波器就是采用谐振腔体结构的微波滤波器。由金属整体精密加工铣成（CAD仿真优化软件设计），一个腔体能够等效成电感并联电容，从而形成一个一个谐振级，实现微波滤波功能：较之其他性质的微波滤波器而言，腔体滤波器结构牢周，性能稳定可靠，频率覆盖范围宽，可高达140GHz（输入/输出口可互换使用），因此，在各大通信基站中腔体滤波器应用十分普遍。

一般是针对具体应用，具体系统频率而定制式设计。

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