80后脍炙人口的歌:滤波器设计小结

作为滤波器的初学者，可能和我都一样有一个通病----这个东西要怎么设计。其实在开始的时候问这个问题都可以理解，谁不想很快的成为一个设计师呢？（我做的比较有限，只是做的同轴的和波导的还有点别的形式的滤波器）要想解决这个问题首先要做的就是增加自己的调试技巧和看书---《现代滤波器的结构与设计》。

调试技巧不是一时半会就可以得来的，需要不断地总结，有时候就是可意会不可言传的东西。如果你是一个设计师，不要去追求一个滤波器调试好了要多少时间，时间的长短并不能决定你是不是一个高水平的设计师，只能证明你是否是一个熟手的调试工人。当然，作为合格的设计师，调试的功底应该是比较强的，强的定义就是别人调不到的，自己可以通过合理地对滤波器内部的改装和调试来实现。

现在说说影响滤波器的常见因素吧。滤波器实现最重要的功能就是滤波，那么决定滤波器滤波性能最重要的就是节数了，就是公式中的n。同样的F0，BW，和驻波比的情况下，n越多，那么它对带外同一个点的抑制也就越强了。所以有的人总是问：你们滤波器的抑制可以做到多少？什么叫多少呢，理论上要多少都是可以的。所以希望搞系统的可以给以明确的指标，不要问别人能不能做得到。

现在继续说n的事。当滤波器的节数增加了，必然带来信号的损耗加大。在滤波器的表现就是插损的增加。打个比方就是信号好比是河里的水，河道越长，那么水流损失的也越严重。既然说到了损耗，必然要考察减少滤波器损耗的方法了。减小损耗的方法最重要的就是增加Q值，具体的方法就是镀银。因为在高频的情况下，信号会有趋肤效应，镀银达到了一定的程度就可以等效为纯银导体了，而银的导电能力是金属界的NO.1，就很容易理解为什么镀银可以减小滤波器的插损了。另外的一个方法就是加大滤波器的体积。同样的比方就是河流，河道的渗漏少了，自然运输的水就越多，河道里大水量和小水量的情况下损失同样的水，必然大水量的损耗小。

很多人问，要多少的n才可以满足给的技术指标呢，这个的话就要看书了，书中有详细的解释。通过对方提出的指标来确定节数，至于插损，以前没有软件，所以具体的插损也不是能说的很准，只是凭经验估计。现在仿真无源的软件很多，大家可以学习学习。不过经验还是很重要，软件也只是给了一个差不多的东西，有时候可能会差很多。因为每个地方的加工精度是不一样的。举个例子来说， 我曾经见到一个滤波器，测试的时候技术指标都很好，当时我们公司的一个人就拆开它，量尺寸，照着它的样子做了（无源器件的悲哀啊），还做了很多。可是在调试的时候发现，无论如何都达不到别人的指标，就是一些细节的原因。实际的东西差距都有这么大，更不要说是仿的了。平时注重自身的积累其实是很重要的 。

提高滤波器的抑制，除了增加节数n的方法外，更先进的方法就是向其中加入交叉耦合了。这个方法现在非常常用，可惜的是在《现代滤波器的结构与设计》中没有这个方面的介绍，哪怕是一点点。加入交叉耦合方面的知识可以参考《microstrip filters for rf microwave application》这本书。其他还有一些很强的论文。大家注意的是交叉耦合产生的滤波器曲线可以用软件仿的，当你知道滤波器的Q值的时候可以仿出它的插损。但是千万不要在设计的时候因为有了软件的仿真结果就将自己的余地给的太小。我做过一个1.5-1.6G的带通滤波器，同轴的。用6节，加入交叉耦合2个。仿的时候可以到50+，我和老板说可以到40，心想应该没有问题吧。可是在调的时候对要的抑制点也就是42，43的样子，而且高低端还不对称，和仿的曲线相差比较多。所以理论和实际相差还是很大的，所以我认为，用软件的原则就是相信软件，但是不迷信软件。举这个例子的目的就是奉劝各位，在给别人答复的时候千万给自己留余地。此外做射频的（或者说是微波的）最好有个牛人带一带，那你就进步会很快。如果师傅是大牛，那你可能很快就是一个小牛了。滤波器的交叉耦合搞滤波器的都见过，这里也说说，没搞过滤波器的可以了解一下。交叉耦合在加的时候有很多种方式,其中最基本的就是:

（1）隔一腔加电容交叉耦合，效果是在滤波器通带的低端产生波纹，电容越强，产生的波纹越大，低端边带也越陡峭，高端的边带向上抬起。

（2）隔一腔加电感交叉耦合，效果是在滤波器通带的高端产生波纹，电感越强，产生的波纹越大，高端边带也越陡峭，低端的边带向高抬起。

（3）隔两腔加电容交叉耦合，效果是在滤波器通带的两端产生波纹，电容越强，产生的波纹越大，滤波器的带边越陡峭。

（4）隔两腔加电感交叉耦合，滤波器的通带内不会产生波纹，但是和电容交叉耦合配合使用就可以发挥它的作用了。

解释一下第四点，我上面说过一个1.5-1.6G的带通同轴腔滤波器 ，就是采用了电容和电感交叉耦合配合的方法。如表格中所示编号代表滤波器中信号的路径，

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在2和5之间加入电容**叉耦合，1和6之间加电感**叉耦合。产生的滤波器波形就是在通带的两端各产生两个波纹。有兴趣的朋友可以用软件仿真试试，如果有兴趣可以实际加工一个类似的滤波器调一调，看看会不会出现我上面说的情况。

这种向其中加入交叉耦合的滤波器有的叫广义切比雪夫滤波器，也有叫准椭圆函数滤波器的。

同轴腔滤波器的信号引入有三种方式：

(1)．探针耦合。对于输入输出要求耦合不是很强的滤波器可以采用，优点就是调谐方便，缺点则是可靠性差。尤其现在的射频接头，有些公司的产品质量实在是不敢恭维。

(2)．耦合环。同样对于输入输出耦合要求不是很强的滤波器产品。稳定性好，调的时候不方便。

(3)．抽头耦合方式。如果是螺旋滤波器就被称为抽头变压器耦合。这种耦合方式对于窄带和宽带都有效，调的时候比较麻烦，和耦合环的时候一样，需要将盖板拆下来才可以调节，所以不是很方便，但是稳定性好。

所以现在的同轴腔滤波器引入耦合的方式为抽头耦合最为常用。具体做法是在第一腔的谐振杆（有的叫振子，来源是天线；有的叫内导体，来源是因为同轴线)某个位置焊上根一定长度的金属线（我用的是镀银铜线或者是电阻腿），将谐振杆安装到腔体（盒体）的底部，然后把金属线的另一端和已经安装到腔体上的接头的内导体上。安装上其他的谐振杆，上好盖板就可以调试了。

在没有矢量网络分析仪之前，调滤波器是一个非常繁杂的工作，因为滤波器的抽头位置很难确定需要不断拆装盖板。现在有了矢量网络分析仪，可以有用时延法，相位法，史密斯圆图，等方法确定抽头位置，大大提高了滤波器的研发速度。