第5章 滤波器设计
射频滤波器在通信系统中至关重要，起到频带和信道选择的作用，并且能滤除谐波抑制杂散，在射频电路设计时会用滤波器从各种电信号中提取出想要的频谱信号。也就是说，网络具有频率选择性，这就是一个滤波器。当频率不高时，滤波器可以由集总参数元件构成；但当频率高于500MHz时，电路寄生参数的影响不可忽略，滤波器通常由分布参数元件构成。
滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性，镜像参量法和插人损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法，对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件，Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
5.1 低通滤波器的理论基础
理想滤波器是不存在的，实际滤波器与理想滤波器有差异。实际滤波器既不能实现通带内信号无损耗地通过，也不能实现阻带内信号衰减无穷大。实际的低通滤波器允许低频信号以很小的衰减通过滤波器；当信号频率超过截止频率后信号的衰减将急剧增大。
滤波器常用插入损耗作为主要指标。插入损耗可以选特定的函数，随所需的响应而定，常用的有通带内最平坦、通带内等幅波纹起伏、通带和阻带内都等幅波纹起伏和通带内有线性相位响应等。对应上述响应，滤波器分别称为巴特沃兹滤波器（Butterworth）、切比雪夫滤波器(Chebyshev)、椭圆函数滤波器(Elliptic)和高斯多项式滤波器（Gaussian）等。表5.1给出了这4种类型滤波器的基本特性。
表5.1 4种滤波器的基本特性
类型 | 传输函数 | 频率响应曲线 | 滤波器特点 |
巴特沃兹 |
| 结构简单，插入损耗最小，适用于窄带场合 | |
切比雪夫 |
| 结构简单，频带宽，边沿陡峭，应用范围广 | |
椭圆函数型 |
| 结构复杂，边沿陡峭，适用于特殊场合 | |
高斯多项式 |
| 结构简单，群延时好，适用于特殊场合 |
滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器。最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。