濾波器和雙工器介紹

濾波器和雙工器介紹濾波器是一個有選擇地傳遞“它喜歡什么”和阻止“它不喜歡什么”的組件。當(dāng)我們討論濾波器的特性時，通常用頻域來描述。在大多數(shù)情況下，一個濾波器屬于下面所示的四種可能的理想類型之一（濾波器可能有一些其他變體，例如，具有多個通頻帶的濾波器等，但您可以看到的99%以上的濾波器將是以下類型之一）。LowPats BandPsss HighPass BandRejectfrequency frequency frequency frequency低通濾波器（LowPass）是通過低頻信號并阻塞高頻信號的濾波器。頻率應(yīng)該有多低取決于濾波器的規(guī)格。高通濾波器（HighPass）是一種通過高頻信號并阻塞低頻信號的濾波器。頻率應(yīng)該有多高取決于濾波器的規(guī)格。帶通濾波器（BandPass）是一種通過一定頻率范圍的濾波器，它能屏蔽比特定范圍低和高的區(qū)域。通過濾波器的頻率范圍由規(guī)范決定。帶阻濾波器（BandReject）是一種除頻率范圍很窄外，通過大部分頻率的濾波器。其他類型濾波器的目的是通過具有一定范圍的信號，但是帶阻濾波器的目的是阻止信號的選定頻率。理想濾波器是如上所示的濾波器。它通過一個特定的信號范圍，并開始阻塞該范圍旁邊的信號。但正實際情況是沒有一種設(shè)備能像理想的概念那樣工作。濾波器也一樣。以帶通濾波器為例。每個人都想要的理想濾波器是左邊顯示的那個，但是你永遠(yuǎn)不會得到這種濾波器。即使在濾波器的理論設(shè)計中，您也會看到中間列所示的幾種類型，但即使是這種理論濾波器也不如理想濾波器。第一種理論類型在通帶區(qū)域有一些波動（漣漪），并且相對陡峭地落入阻塞區(qū)域（阻帶），并且在阻帶中沒有波動。第二種理論類型既沒有通帶也沒有阻帶中的波紋。沒有波紋是很好的。但在這種情況下，它會慢慢落入阻塞區(qū)。第三種理論類型在通帶和阻帶都有波紋，這是不好的，但它落入阻帶非常陡，這是好的。右欄給出了一些實濾波器的例子，這顯然比理論性質(zhì)差。這些只是幾個真正的過濾器。。在現(xiàn)實世界中，你會有很多不同類型和特點的過濾器。

frequen-cyReal/Practual很難列出所有可能的天線實現(xiàn)方法。這里只列出幾，實現(xiàn)濾波器的方法有很多種種我認(rèn)為在許多領(lǐng)域最常用的實現(xiàn)方法。下面是一些過濾器實現(xiàn)的示例。DBEign/CanreplIdealTheoretital/MathematicalImplBmsntatinnfrequen-cyReal/Practual很難列出所有可能的天線實現(xiàn)方法。這里只列出幾，實現(xiàn)濾波器的方法有很多種種我認(rèn)為在許多領(lǐng)域最常用的實現(xiàn)方法。下面是一些過濾器實現(xiàn)的示例。DBEign/CanreplIdealTheoretital/MathematicalImplBmsntatinnChBraEteristicsSAWCavityDi朋咀(ElectricalFilter)：這是一種使用基本電氣元件(如(ElectricalFilter)：這是一種使用基本電氣元件(如R/L/C)實現(xiàn)濾波器的方法，我認(rèn)為這將是最常見和最廣泛使用的濾波器類型。根據(jù)具體應(yīng)

用，只有單個元件（如單電感或單電容器）可以作為濾波器，在其他一些應(yīng)用中，您將看到這些元件作為濾波器的非常復(fù)雜的組合。聲表面波濾波器（SAWFilter：SurfaceAcousticWaveFilter）：這是一種將電能轉(zhuǎn)換為聲能并應(yīng)用濾波，然后將濾波后的能量轉(zhuǎn)換回電能的濾波器。這種濾波器的優(yōu)點是它可以在相對較小的尺寸內(nèi)實現(xiàn)非常高質(zhì)量（非常高階濾波器）。這種類型的缺點是很難處理高功率，并且通常會導(dǎo)致較大的插入損耗。在大多數(shù)手機中，你會看到至少一個或兩個聲表面波濾波器大多在射頻階段。他們過去也在IF級使用SAW濾波器，但現(xiàn)在在大多數(shù)手機中，整個IF級都消失了，IF-SAW濾波器也消失了。腔體濾波（CavityFilter）：當(dāng)我看到這種類型的濾波器時，我驚訝于這樣一個簡單的大體積金屬物體可以充當(dāng)濾波器。（內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不像我想象的那么簡單，但至少從外觀來看，它看起來像一個金屬塊）。就濾波器特性而言，我不認(rèn)為它有很高的性能，但它能處理很高的功率，能覆蓋的頻率范圍可以達(dá)到極高的頻率，與其他類型的濾波器相比，插入損耗通常很小。數(shù)字濾波器（DigitalFilter）：如你所料，它是一種基于數(shù)值算法進(jìn)行濾波的濾波器。要使用此濾波器，首先必須將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后處理數(shù)字化數(shù)據(jù)。這種濾波器的優(yōu)點是可以得到與理論設(shè)計幾乎相同的濾波器性能。缺點是，由于AD轉(zhuǎn)換器采樣率的限制，很難處理高頻信號。當(dāng)然，你可以將高頻信號下變頻到低頻信號，這樣你就可以使用數(shù)字濾波器，但這意味著你需要額外的電路來進(jìn)行濾波。另一個缺點是，由于每個數(shù)字門組件引起的延遲，會導(dǎo)致相對較長的延遲。不管您要設(shè)計什么樣的濾波器，基本設(shè)計目標(biāo)都將如下圖所示。（1） 陡峭的過渡階段（SteepTransitionPhase）:您想要實現(xiàn)的第一個也是最重要的特征是過渡階段盡可能尖銳，如（1）所示。每個人都想改進(jìn)這個屬性，從實線到虛線。通常我們通過增加濾波器的階數(shù)來實現(xiàn)這一目的，但這種階數(shù)的增加會使濾波器變得更大或更復(fù)雜。在無源濾波器的情況下，這種階數(shù)的增加也會導(dǎo)致較大的插入損耗。在不增加過大尺寸的情況下，過渡相最陡的濾波器之一是SAW濾波器，但與其它類型的濾波器相比，SAW濾波器的插入損耗相對較大。特別是當(dāng)聲表面波濾波器具有非常尖銳的過渡但插入損耗過大時。（2） 小插入損耗（SmallInsertionLoss）：如今不需要，每個人都希望插入損耗盡可能小，但要提高插入損耗是不容易的，特別是當(dāng)損耗是由濾波器（如SAW濾波器）的材料特性引起時。（3） 相位線性（PhaseLinearity）：每個人都想在虛線所示的通帶區(qū)域具有不改變的或至少是線性的相位特性，但實際上大多數(shù)濾波器都會具有波動的，有時甚至更復(fù)雜的相位特性。不幸的是，優(yōu)化相位特性是極其困難的。

雙工器是一種能夠在不相互干擾的情況下將發(fā)送路徑和接收路徑連接到單個或公共天線的設(shè)備。當(dāng)發(fā)射機和接收機的頻率不同時（FDD），它可以用兩個濾波器組合在一起。其中一個濾波器為接收器調(diào)諧，另一個為發(fā)射器調(diào)諧，如下所示。RFRecieverPathAntennaRFfransmiterPathDuplexerRFfransmiterPath當(dāng)發(fā)射機和接收機的頻率相同時（TDD），濾波方法將不起作用。在這種情況下，我們使用循環(huán)器，它只能在如下所示的一個方向上傳遞信號。

雙工器能為我們帶來什么？我們?yōu)槭裁葱枰p工器？首先思考下信號在傳輸過程中會發(fā)生什么。根據(jù)設(shè)計，信號的大部分將通過天線，但信號的一小部分將溢出到接收路徑。溢出的信號量很小，但可能會對接收路徑造成相當(dāng)嚴(yán)重的干擾，因為接收路徑設(shè)計用于響應(yīng)非常低的信號強度。在大多數(shù)無線通信中，到達(dá)接收路徑的信號通常很低。因此，接收器路徑的設(shè)計應(yīng)能處理這種微弱信號。由于接收路徑的這種特性，即使是從發(fā)射機溢出的小信號也可能是非常嚴(yán)重的干擾，甚至在最壞的情況下可能會損壞接收路徑。不過，如果放一個雙工器如下所示。從發(fā)射機溢出的信號無法進(jìn)入接收器路徑，因為它被僅通過接收器頻率信號的濾波器阻塞。RFTransmite不過，如果放一個雙工器如下所示。從發(fā)射機溢出的信號無法進(jìn)入接收器路徑，因為它被僅通過接收器頻率信號的濾波器阻塞。RFTransmite「Path>RFRecieverPalhTransmittersignalspillsoverintorecieverpath；interferingordamagingtherecieverpathR.FFiEciEVErPath類似的邏輯也適用于接收信號。如果沒有雙工器，則接收信號的一小部分可能溢出到發(fā)射機路徑中。由于接收到的信號總量非常微弱，因此不太可能損壞發(fā)射機路徑上的任何東西，通常設(shè)計用于處理非常強的信號，但它仍然可能是嚴(yán)重的干擾源。如果沿著發(fā)射路徑的放大器放大溢出的信號，這種干擾將變得更加嚴(yán)重。Transnnitte-rsignalspillsR.FFiEciEVErPath類似的邏輯也適用于接收信號。如果沒有雙工器，則接收信號的一小部分可能溢出到發(fā)射機路徑中。由于接收到的信號總量非常微弱，因此不太可能損壞發(fā)射機路徑上的任何東西，通常設(shè)計用于處理非常強的信號，但它仍然可能是嚴(yán)重的干擾源。如果沿著發(fā)射路徑的放大器放大溢出的信號，這種干擾將變得更加嚴(yán)重。Transnnitte-rsignalspillsoverintorecieverpath,butitgetfilteredout(getblockedbythefilter)RFTransmit-erPathReceivedsignalspillsoverpath；interferingthetransmitting:signal同樣，如果你有一個雙工器，從接收路徑溢出的能量不能進(jìn)入發(fā)射機路徑，因為它會被只通過發(fā)射信號頻率的濾波器過濾掉。Recievedsignalspillsov&rintorecieverpath,butitgetfilteredout(getblockedbythefilter)實際使用的過程中，有很多種類型的雙工器，非常小的雙工器，如（a），（b），（c），通常是SAW，BAW，F(xiàn)BAR為基礎(chǔ)，如果你拆開一個移動設(shè)備，如你的手機，通常是處理沒有那么大的功率。如果你觀察一個比移動設(shè)備更大并且處理相對高功率的系統(tǒng)，你會看到像（d），（e），（f）這樣