濾波器的主要參數(shù)
中心頻率(CenterFrequency):濾波器通帶的頻率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降1dB或3dB邊頻點。窄帶濾波器常以插損最小點為中心頻率計算通帶帶寬。
截止頻率(CutoffFrequency):指低通濾波器的通帶右邊頻點及高通濾波器的通帶左邊頻點。通常以1dB或3dB相對損耗點來標準定義。相對損耗的參考基準為:低通以DC處插損為基準,高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準。
通帶帶寬(BWxdB):指需要通過的頻譜寬度,BWxdB=(f2-f1)。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準,下降X(dB)處對應的左、右邊頻點。通常用X=3、1、0.5即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。分數(shù)帶寬(fractionalbandwidth)=BW3dB/f0×100[%],也常用來表征濾波器通帶帶寬。
插入損耗(InsertionLoss):由于濾波器的引入對電路中原有信號帶來的衰耗,以中心或截止頻率處損耗表征,如要求全帶內插損需強調。
紋波(Ripple):指1dB或3dB帶寬(截止頻率)范圍內,插損隨頻率在損耗均值曲線基礎上波動的峰-峰值。
帶內波動(PassbandRiplpe):通帶內插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內的帶內波動是1dB。
帶內駐波比(VSWR):衡量濾波器通帶內信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁椫匾笜?。理想匹配VSWR=1:1,失配時VSWR《1。對于一個實際的濾波器而言,滿足VSWR《1BWdBBWdBdiv》
在入射波和反射波相位相同的地方,電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax,形成波腹;在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin,形成波節(jié)。其它各點的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。駐波比是駐波波腹處的電壓幅值Vmax與波節(jié)處的電壓幅值Vmin之比。
回波損耗(ReturnLoss):端口信號輸入功率與反射功率之比的分貝(dB)數(shù),也等于|20Log10ρ|,ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時回波損耗為無窮大。
回波損耗,又稱為反射損耗。是電纜鏈路由于阻抗不匹配所產生的反射,是一對線自身的反射。
從數(shù)學角度看,回波損耗為-10lg[(反射功率)/(入射功率)]。
回波損耗愈大愈好,以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影響。
阻帶抑制度:衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標。該指標越高說明對帶外干擾信號抑制的越好。通常有兩種提法:一種為要求對某一給定帶外頻率fs抑制多少dB,計算方法為fs處衰減量As-IL;另一種為提出表征濾波器幅頻響應與理想矩形接近程度的指標——矩形系數(shù)(KxdB《1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可為40dB、30dB、20dB等)。濾波器階數(shù)越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作難度當然也就越大。
延遲(Td):指信號通過濾波器所需要的時間,數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導數(shù),即Td=df/dv。
帶內相位線性度:該指標表征濾波器對通帶內傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應函數(shù)設計的濾波器具有良好的相位線性度。
實際濾波器的基本參數(shù)
理想濾波器是不存在的,在實際濾波器的幅頻特性圖中,通帶和阻帶之間應沒有嚴格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內的頻率成分不會被完全抑制,只會受到不同程度的衰減。當然,希望過渡帶越窄越好,也就是希望對通帶外的頻率成分衰減得越快、越多越好。因此,在設計實際濾波器時,總是通過各種方法使其盡量逼近理想濾波器。
與理想濾波器相比,實際濾波器需要用更多的概念和參數(shù)去描述它,主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率則3寬、品質因數(shù)、倍頻程選擇性等。
下圖是一個典型的實際帶通濾波器:
圖 ?典型的實際帶通濾波器
⑴ 紋波幅度d
在一定頻率范圍內,實際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化,其波動幅度d與幅頻特性的平均值A0相比,越小越好,一般應遠小于-3dB。
⑵ 截止頻率fc
幅頻特性值等于0.707A0所對應的頻率稱為濾波器的截止頻率。以A0為參考值,0.707A0對應于-3dB點,即相對于A0衰減3dB。若以信號的幅值平方表示信號功率,則所對應的點正好是半功率點。
⑶ 帶寬B和品質因數(shù)Q值
上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬,或-3dB帶寬,單位為Hz。帶寬決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力——頻率分辨力。在電工學中,通常用Q代表諧振回路的品質因數(shù)。在二階振蕩環(huán)節(jié)中,Q值相當于諧振點的幅值增益系數(shù),Q=1/2ξ(ξ——阻尼率)。對于帶通濾波器,通常把中心頻率f0()和帶寬B之比稱為濾波器的品質因數(shù)Q。例如一個中心頻率為500Hz的濾波器,若其中-3dB帶寬為10Hz,則稱其Q值為50。Q值越大,表明濾波器頻率分辨力越高。
⑷ 倍頻程選擇性W
在兩截止頻率外側,實際濾波器有一個過渡帶,這個過渡帶的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢,它決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力。通常用倍頻程選擇性來表征。所謂倍頻程選擇性,是指在上截止頻率fc2與2fc2之間,或者在下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特性的衰減值,即頻率變化一個倍頻程時的衰減量或倍頻程衰減量以dB/oct表示(octave,倍頻程)。顯然,衰減越快(即W值越大),濾波器的選擇性越好。對于遠離截止頻率的衰減率也可用10倍頻程衰減數(shù)表示之。即[dB/10oct]。
⑸ 濾波器因數(shù)(或矩形系數(shù))
濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式,它是利用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值來衡量濾波器選擇性,記作,即
理想濾波器=1,常用濾波器=1-5,顯然,越接近于1,濾波器選擇性越好。
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