今天我們繼續分享一篇關于聲波濾波器的文章《RF filter design – from resonators to filters》，文章作者是 Gergely Simon，最初發表在onscale.com的blog。【射頻學堂】翻譯整理，分享大家學習參閱。

為什么我們需要濾波器？

隨著移動設備之間數據傳輸和通信需求的增加，尤其是所需帶寬的增加，越來越多的頻段被用于移動數據（2G 到 5G）、WiFi 甚至簡單的電話通話。這些需要彼此適當隔離，以避免串擾和不需要的噪聲信號。為了實現這一點，使用了濾波器：它們只允許某些頻率通過，并且根據這些頻率的范圍，可以分為低通、高通、帶通和帶阻。

我們想要達到什么目標？

為簡單起見，在這篇博文中，我們將介紹帶通濾波器：它們允許兩個頻率之間的大部分能量通過濾波器，同時阻止超出此范圍的任何內容（見圖 1）。真正的設備從來都不是完美的：插入損耗表示帶內信號的不完美通過，而抑制則量化了帶外通過的信號量。這些以分貝 (dB) 表示，插入損耗小于 -3 dB，抑制至少 30 dB 被認為是足夠的濾波器行為。

我們如何實現它？

在濾波器中，通常使用諧振器，其典型阻抗響應如圖 2 所示。

它們以各種拓撲級聯，最終以盡可能高的選擇性實現整體帶通行為。在最簡單的情況下，采用所謂的梯形拓撲，如圖 3 所示。

讓我們詳細看一下這個例子。請注意，串聯諧振器（圖 3 中的洋紅色曲線）比并聯諧振器（圖 3 中的藍色曲線）具有更高的頻率響應，并且并聯諧振器的并聯諧振頻率與串聯諧振器的串聯諧振頻率對齊（品紅色曲線相對于藍色曲線向右移動）。

現在，如果我們考慮只有一個級的設置（圖 3 頂部的一個 Zs 和一個 Zp），可以提出以下論點，想象這基本上是一個分壓器：

帶外（~2.1 GHz 左側和~2.25 GHz 右側）兩個諧振器的阻抗相當——輸出大約是輸入的一半

在并聯諧振器的串聯諧振頻率附近（下截止，~2.1 GHz），并聯諧振器的阻抗變為零，實際上將輸出接地，顯著降低信號

在分頻器 (~2.2 GHz) 附近，并聯諧振器的阻抗趨于顯著增加，而串聯諧振器的阻抗趨向于零——這在輸入和輸出之間幾乎造成短路，同時通過幾乎理想的接地隔離開路。

在上截止頻率 (~2.25 GHz) 附近，第 2 點發生相反的情況：串聯阻抗趨于無窮大，將輸出與輸入隔離，并且透射率再次急劇下降

此外，并聯諧振器的阻抗通常低于串聯諧振器的阻抗（紅色曲線相對于藍色曲線向上移動）。這進一步增加了帶外抑制，因為輸出端的分壓值始終較小（考慮帶外）。

最后，請注意，通常使用傳輸線理論和傳播波攜帶的功率來研究這些濾波器。盡管如此，分壓器類比提供了一個很好的定性概述。

其他拓撲

梯形濾波器沒有很大的帶外抑制，如圖 4 所示。因此，可以采用其他拓撲結構，例如格結構或組合梯格拓撲（圖 5）。

有關結構和設計注意事項的更多信息，請參見參考資料和 Ken-ya Hashimoto：RF Bulk Acoustic Wave Filters for Communications。