简单介绍不同类型滤波器的优缺点

滤波器种类

滤波器种类繁多，按实现方式可以分为：LC滤波器、腔体滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、介质滤波器、高温超导滤波器、平面结构滤波器。下面我们简单介绍不同类型滤波器的优缺点：

1. LC滤波器

LC滤波器是采用恰当的电容、电感来构成的滤波器，实际设计中，LC滤波器通常可实现低通、带通、高通、带阻滤波器。LC滤波器的优点是：体积小、成本低、寄生通带远，但其缺点是相对损耗大，带外选择性能较差，功率容量小。另外，LC滤波器中电感采用绕制线圈的方式，因此较难实现高频滤波的电感。因此LC滤波器通常只用来设计制作4GHz以下频率的滤波器。

2. 腔体滤波器

腔体滤波器是滤波器家族中最为重要的类型之一，在射频系统中的前端有非常广泛的应用。其中发射后端(功放后)、接收前端(LNA前/后)均为不可为其他类型滤波器替代。腔体滤波器可以分为：梳状、交指、波导腔、介质腔等。

梳状腔体滤波器：梳状结构可实现200MHz-15GHz，带宽30%内的各种指标要求的滤波器;梳状腔体滤波器与其他几种腔体滤波器相比最大的优点是可实现相对带宽较宽的远寄生通带特性，同时在相同带宽以及带外抑制的情况下可以做到腔体滤波器中的最小体积。但是梳状腔由于腔体内存在加载电容，因此功率容量较低。

交指可实现800MHz-26GHz，带宽40%以内的各种指标要求的滤波器。交指滤波器最大的特点是可以实现宽带，如果采用冗余谐振杆，考虑到机加可是线性，其相对带宽通常可以宽达60%。同时在K波段时，宽带的梳状滤波器机加基本无法加工并且调试螺钉无法放置，因此在该条件下通常采用交指结构。交指结构与梳状相比其寄生通带较近，通常其寄生通带在1.8F0左右。同体积下，交指滤波器较梳状滤波器功率容量大。

波导腔常用来实现8GHz-60GHz,相对带宽15%以内的滤波器。波导腔滤波器具有高Q、高功率容量等特点，但是波导腔的滤波器一般体积较大，在对损耗要求不是太高的情况下，一般都是使用交指或梳状滤波器来实现。但是对损耗要求较高的窄带滤波器，并且对体积要求不高的条件下，波导腔还是较好的选择之一。一般同等技术指标下，波导腔滤波器的损耗约为交指或者梳状滤波器的一半。此外，波导腔滤波器的功率容量大约比交指、梳状滤波器的功率容量高一个数量级，因此在大功率雷达天线馈源处常使用波导腔滤波器。

介质腔体滤波器通常用来实现2GHz-18GHz,相对带宽0.1%-1.5%以内的各种技术指标的滤波器。介质腔滤波器属于滤波器中Q值最高的，其Q值约为波导空腔的2~5倍，比梳状、交指结构的滤波器Q值高约一个数量级。但是介质腔滤波器体积较大，带外寄生很近，带宽不能做得很宽，因此介质腔滤波器通常用在相对带宽低于1%，但是损耗要求较高的场合。

3. 声表面波/体声波滤波器

声表采用将电能转换为表面声波的方式，利用声波共振效应实现的滤波。该声表面波滤波器的特点是体积非常小，Q值相对LC高，采用半导体工艺适合批量生产。一只800MHz左右的滤波器体积大概只有一个0805电容大小。其缺点是功率容量小，不适合小批量定制产品，研发周期长，研发成本高。声表滤波器通常应用在终端消费电子产品中。

4. 螺旋滤波器

螺旋滤波器是一种半集总参数的滤波器，其采用放置在空腔内的螺旋电感的自谐振来实现谐振器，通过相邻谐振器的空间磁场实现耦合。其优点是：体积较腔体小，Q值、功率容量较LC高。其缺点是：较难实现宽带，高频部分电感不易实现。螺旋滤波器通常用在500MHz以下20%相对带宽，100W平均功率，对插损有一定要求的场合。

5. 介质滤波器

介质滤波器是采用介质填充的四分之一波长短路线或者二分之一开路线实现的半集总滤波器。其优点是Q值较LC高，可以实现较LC滤波器频率高的滤波器。其缺点是寄生较近，谐振器需要定制。

RF滤波器基础

与天线一样，滤波器正成为联网混频器中一个日益重要的部分。

移动无线数据和 4G LTE 网络的快速增长也导致了对新频段以及通过载波聚合来组合频段的需求不断增长，以容纳无线流量。3G 网络只使用了大约五个频段，LTE 网络现在使用的频段有 40 多个，随着 5G 的到来，频段的使用数量还会进一步增加。

互联设备必须要跨多个频段来发送蜂窝信号、Wi-Fi 信号、蓝牙信号和 GPS 信号，同时还要避免干扰。我们可能会立即想到智能手机，但安装在车顶的鲨鱼鳍、蜂窝基站、雷达和通

信系统以及与物联网 (IoT) 相连接的工业、科学或医疗应用都是如此。这时就需要滤波器出场了。

设备会收到各种频率，而滤波器可以让所需频率通过，同时抑制不需要的频率。换句话说，滤波器就像是约翰·罗纳德·瑞尔·托尔金的著作《指环王》中的甘道夫一样：“你休想从这里过去!”

如今的设备为了避免被干扰，通常装有 30 到 40 个滤波器。随着下一代高端智能手机所需的滤波器数量更多，这一情况还会变得更加复杂。#没有滤波器的智能手机就是一块砖头。

滤波挑战

滤波器是 RF 设计工程师必不可少的工具，但它们也面临着诸多挑战。对于起动器来说，滤波器的性能会随着温度的变化而变化。如今各种设备中的滤波器所承受的平均温度可达 60 摄氏度(140 华氏度)或更高，而室内滤波器所承受的平均温度为 25 摄氏度(77 华氏度)。鲨鱼鳍或车顶中嵌入的滤波器所承受的温度甚至更高。

滤波器的温度越高，就越难过滤掉特定频率，信号因而就越有可能“漂移”至相邻频段。“我特别喜欢静态白噪声、电话合用线，还有通话掉线”，从来没人会这样说。

由于新分配的很多频段与现有频段十分接近，管理温度漂移便显得尤为重要。与此同时，载波聚合 (CA) 也在迅速发展，蜂窝服务提供商最多可将 5 个载波信道组合在一起来提高网络性能，其中精确滤波是必备条件。

为了解决温度问题，RF 行业正在开发低漂移和无漂移的滤波器技术。表面声波 (SAW) 和体声波 (BAW) 滤波器在温度发生变化时依然能保持性能高度稳定，可满足新兴设备严苛的性能要求。

如上文所述，下一代的高端智能手机同样需要配备更多滤波器。与 RF 的所有其他组件类似，留给滤波器的空间十分有限。工程师必须要能将多个滤波器整合进更小的空间内，才能发挥出更高性能。

这是一些非常喜欢的 RF 组件。双工器、三工器、四工器，甚至是六工器，这类设备统称为多路复用器。多路复用器可将多个滤波器整合在一个器件中，从而帮助设计人员节省空间、简化设计、满足性能要求，同时还能避免干扰。

最后的挑战是 Wi-Fi。尽管一些人可能仍在使用智能手机发短信、打电话，但大多数人都会用智能手机来浏览网页、观看视频以及访问社交媒体。因为 LTE 和 Wi-Fi 的频段非常接近，所以如果未经滤波，Wi-Fi 信号就会导致设备接收 LTE 信号的灵敏度降低。而灵敏度降低会给我们带来很多麻烦，如通话掉线或中断。

为此，我们需要一种特殊的滤波器。共存滤波器可让 Wi-Fi 和 LTE 信号和谐共存。绝对名副其实。这种滤波器可以抑制紧密相邻的频率，这样我们在浏览朋友的 Instagram 故事时才不会错过妈妈的电话。它们在车联网中也起着重要作用，因为 LTE、Wi-Fi、蓝牙、GPS 以及车对车 (V2V) 和车对基础设施 (V2I) 通信必须在没有干扰的情况下共存。

没有滤波器，就会出现无线交通阻塞。在如今的移动环境中，一个设备所需的频段数量十分惊人，而随着 5G 时代的到来，这一趋势只会愈演愈烈。虽然支持所有频段会带来干扰问题，但采用滤波器后问题便可迎刃而解。没有滤波器，网络根本无法运转。

审核编辑：汤梓红