濾波器是有選擇地通過“喜歡”的和阻止“不喜歡”的組件。當(dāng)我們談?wù)摓V波器的特性時(shí)，我們通常在頻域中對(duì)其進(jìn)行描述。

在大多數(shù)情況下，濾波器將屬于以下四種可能的理想類型之一（可能存在其他一些濾波器變體，例如具有多個(gè)通帶的濾波器等，但是您可以看到超過99％的濾波器會(huì)是以下類型之一）。

四種主要的濾波器類型

低通濾波器是一種使低頻信號(hào)通過并阻止高頻信號(hào)的濾波器。通過的頻率應(yīng)該有多低取決于濾波器的規(guī)格。

高通濾波器是一種使高頻信號(hào)通過并阻止低頻信號(hào)的濾波器。通過的頻率應(yīng)該有多高取決于濾波器的規(guī)格。

帶通濾波器是一種通過一定頻率范圍的濾波器，它可以阻擋比指定頻率范圍低的區(qū)域和高的區(qū)域。通過濾波器的頻率范圍由規(guī)格確定。

帶阻濾波器是通過大多數(shù)頻率的濾波器，但阻止的頻率范圍很窄。其他類型的濾波器的目的是使一定范圍內(nèi)的信號(hào)通過，但是帶阻濾波器的目的是阻止選定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。

理想與實(shí)際的濾波器

理想的過濾器是如上所述的過濾器。它會(huì)通過一定范圍的信號(hào)，并在該范圍旁邊開始阻塞信號(hào)。但是，正如人們總是說的那樣，沒有任何設(shè)備可以像理想概念那樣工作。濾波器也一樣。

讓我們以帶通濾波器為例。每個(gè)人都想擁有的理想濾波器是如下面左圖所示的濾波器，但是您永遠(yuǎn)不會(huì)得到這種濾波器。即使在濾波器的理論設(shè)計(jì)中，您也會(huì)看到中間列中所示的幾種類型，但是即使這種理論濾波器也不如理想濾波器那樣好。

第一理論類型在通帶區(qū)域中具有一些波動(dòng)（波紋），并且相對(duì)陡峭地落入阻塞區(qū)域（阻帶）中，并且在阻帶中不具有波動(dòng)。

第二種理論類型在通帶和阻帶中均沒有波動(dòng)。雖然沒有波紋非常好。。但是在這種類型的濾波器中，它會(huì)慢慢落入阻塞區(qū)域。

第三種理論類型在通帶和阻帶中都有波動(dòng)，這不好，但能陡峭地落入阻帶中則是好的特性。

實(shí)數(shù)濾波器的一些示例顯示在右列，這顯然比理論特性差。這些只是幾個(gè)真正的濾波器。在現(xiàn)實(shí)世界中，您將擁有多種多樣的濾波器類型和特征。

理想濾波器 vs 實(shí)際濾波器

濾波器的典型實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)濾波器的方法有很多，很難列出濾波器的所有可能實(shí)現(xiàn)方法。我將列出幾種我認(rèn)為在許多領(lǐng)域中最常用的實(shí)現(xiàn)方式。以下是一些濾波器實(shí)現(xiàn)的示例。

電氣濾波器：這是一種使用基本電氣組件（例如R / L / C）實(shí)現(xiàn)濾波器的方法，我認(rèn)為這將是最常見且使用最廣泛的濾波器類型。根據(jù)應(yīng)用的不同，只有單個(gè)組件（如單個(gè)電感器或單個(gè)電容）可以作為濾波器，在某些其他應(yīng)用中，您會(huì)看到這些組件的非常復(fù)雜的組合用作濾波器。

不同的濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法

SAW濾波器（表面聲波濾波器）：這是一種將電能轉(zhuǎn)換為聲能并進(jìn)行濾波，然后將濾波后的能量轉(zhuǎn)換回電能的濾波器。這種類型的濾波器的優(yōu)勢(shì)在于，它可以以相對(duì)較小的尺寸實(shí)現(xiàn)非常高的質(zhì)量（非常高階的濾波器）。這種類型的缺點(diǎn)是難以處理高功率，并且通常會(huì)導(dǎo)致較大的插入損耗。在大多數(shù)手機(jī)中，您至少會(huì)在射頻級(jí)中看到至少一個(gè)或兩個(gè)SAW濾波器。他們過去也曾在IF階段使用SAW濾波器，但現(xiàn)在在大多數(shù)手機(jī)中，整個(gè)IF級(jí)都已消失，IF SAW濾波器也消失了。

腔體濾波器：當(dāng)我看到這種類型的濾波器時(shí)，我驚訝于如此簡(jiǎn)單的大型金屬物體可以充當(dāng)濾波器。 （內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不像我想的那么簡(jiǎn)單，但是至少從外觀上看，它看起來像是金屬塊-：）。就濾波器特性而言，我不會(huì)稱其為高性能，但是它可以處理非常高的功率，并且它可以覆蓋的頻率范圍可以達(dá)到極高的頻率，并且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

數(shù)字濾波器：您可能會(huì)猜到，它是一種基于數(shù)值算法執(zhí)行濾波的濾波器。要使用這種濾波器，首先必須將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后處理數(shù)字化數(shù)據(jù)。這種濾波器的優(yōu)勢(shì)在于您可以獲得與理論設(shè)計(jì)幾乎相同的濾波器性能。缺點(diǎn)是主要由于AD轉(zhuǎn)換器采樣率的限制而難以處理高頻。當(dāng)然，您可以將高頻率下變頻為低頻，以便可以使用數(shù)字濾波器，但這意味著您需要額外的電路進(jìn)行濾波。另一個(gè)缺點(diǎn)是由于每個(gè)數(shù)字門部件引起的延遲，將導(dǎo)致相對(duì)較長(zhǎng)的延遲。

設(shè)計(jì)目標(biāo)

不管您要設(shè)計(jì)哪種濾波器，基本設(shè)計(jì)目標(biāo)都將如下所示。

（1）陡峭的過渡階段：要實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)也是最重要的特征是過渡階段，該過渡階段應(yīng)盡可能清晰，如下面的 圖（1）所示。每個(gè)人都希望從實(shí)線到虛線改善此屬性。通常，我們會(huì)增加濾波器的階數(shù)來實(shí)現(xiàn)此目的，但是這個(gè)階數(shù)的增加會(huì)使濾波器更大或更復(fù)雜。在無源濾波器的情況下，這種階數(shù)的增加也會(huì)導(dǎo)致較大的插入損耗。

SAW濾波器是過渡階段最陡的濾波器之一，不會(huì)增加太大的尺寸，但是SAW濾波器的插入損耗與其他類型的濾波器相比相對(duì)較大。尤其是中頻聲表面波濾波器具有非常尖銳的過渡階段，但插入損耗卻非常大。

（2）插入損耗?。喝缃?，每個(gè)人都希望使插入損耗盡可能小，但是要改善插入損耗并不容易，尤其是當(dāng)損耗是由濾波器的材料特性（例如， SAW濾波器）引起的。

（3）相位線性度：每個(gè)人都希望在通帶區(qū)域內(nèi)具有不變的或至少線性的相位特性，如虛線所示，但實(shí)際上，大多數(shù)濾波器將具有波動(dòng)的，有時(shí)甚至更為復(fù)雜的相位特性。不幸的是，優(yōu)化相位特性極其困難。

濾波器的設(shè)計(jì)目標(biāo)