芯耀
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滤波器是射频和微波电路里的基础信号处理元件，它直接决定了整个系统的最终性能，作用特别关键。
现在电磁波频谱里的信号越来越密集，滤波器的性能也就变得比以往更重要了——毕竟滤除干扰信号这件事，已经是头等大事。
对于外行来说，滤波器看着好像特别简单：就是个无源元件，功能也单一，要么把某个频率以下/以上的射频信号滤掉，要么把某一段频率范围外的信号都滤掉。
要给一个特定的系统选合适的滤波器，往往需要在一大堆参数之间做权衡，比如功率容量、品质因数（Q值）、插入损耗、工作频率、器件尺寸、封装和安装方式、可制造性，还有好多其他指标。
一、LC滤波器
LC滤波器属于集总参数（也叫集总元件）类型的滤波器，能做成低通、带通、带阻、高通或者双工器这几种结构，工作频率范围覆盖了低于100Khz到略高于3Ghz（见下图）。
LC滤波器的谐振单元，是由电感和电容组成的串联或并联谐振电路。它的尺寸大小差别很大：高频款大概只有0.5inch，低频款能达到26inch，尺寸主要由里面的电容、电感大小，还有滤波器的功率容量决定。
LC滤波器的优势有不少，具体哪一点更突出，要看实际的应用场景。
比如在500Mhz到1Mhz这个频段里，它就是个不错的选择——和其他类型的滤波器比，它的体积还算合理；而在极低频率场景下，它更是首选，因为这种频段里腔体滤波器的体积会大到离谱，而LC滤波器能实现高性能。
举个例子，一个中心频率500Mhz的LC滤波器，体积通常只有同频段腔体滤波器的三分之一（见下图）。
LC滤波器还能实现超多类型的滤波响应，像切比雪夫、椭圆函数、贝塞尔、巴特沃斯、恒阻抗、恒群时延这些都能做到，而且通带到阻带的过渡带很陡峭。
另外，调整LC滤波器的中心频率也相对简单，只要改变线圈的电感值就行，完全不用做机械加工。
从结构安装的角度看，LC滤波器的适配性也很强：能搭配各种类型的连接器组合使用，还支持嵌入式安装、印制电路板安装和表面贴装这几种方式；也能定制各种外壳样式，满足不同的安装环境需求。
它本身的插入损耗很低，能承受的射频功率最高可达500W，特殊定制款还能承受更高功率。
不过LC滤波器也有短板：
一是因为元件之间存在耦合，再加上自身品质因数（Q值）的限制，没法实现极窄的带宽；
二是当工作频率超过2Ghz左右时，需要用到的电感和电容会变得极小，实际生产制造起来非常不现实。
LC滤波器的功率承载能力，是由其内部元件的物理特性决定的，所以会存在一定局限。
虽然这类滤波器最多能做到14节的结构，但节数一多，插入损耗就会明显增大；要是需要实现陡峭的阻带衰减特性，电路设计还会变得很复杂。最后还有一点，LC滤波器的生产过程比较费人工，所以价格相对偏高。
二、陶瓷滤波器
陶瓷滤波器是以四分之一波长谐振器作为核心调谐元件的，它最适合用在400Ghz到6Ghz的频率区间，能做成带通或者带阻两种结构，其中带通类型的应用最广泛。
它的尺寸大小，取决于陶瓷谐振器的介电常数——大多数陶瓷材料的介电常数在30到90之间。介电常数越低，谐振器的体积就越大，但温度稳定性会更好；反过来，介电常数越高，体积越小，温度稳定性就越差。
陶瓷滤波器的制作有两种方式：一种是用分立的陶瓷谐振器组装，另一种是做成单块结构，也就是所有谐振器都由同一块陶瓷材料加工而成。
它的优势很突出：插入损耗小、成本低、体积相对小巧，而且适合大规模量产，能有效控制量产成本。
不过陶瓷滤波器也有不少缺点：
一是可设计的频率范围比较窄；
二是射频输入功率的承载能力只有5W，上限很低；
三是如果用的是介电常数高的陶瓷材料，器件的温度稳定性会比较差。
除此之外，从结构上来说，它只适合表面贴装；而且在组装过程中需要格外小心，才能保证它和接地端的良好贴合。最后还有个麻烦的点——陶瓷滤波器一旦调谐好，就很难再修改或者偏移它的工作频率了。
三、腔体滤波器
腔体滤波器是一种应用极为广泛的滤波器类型，工作频率覆盖20Mhz到30Ghz，甚至可以达到更高频段，能被设计成带通和陷波两种结构。
它的核心部件是四分之一波长谐振器，这种谐振器一般是用铝材加工而成的，内部通常采用空气作为介质。也正因为这个特点，它的体积要比陶瓷滤波器大不少。
腔体滤波器的优势十分明显：
- 功率承载能力很强，常规款就能达到500W左右；
- 插入损耗低，滤波性能表现优异；
- 支持中大规模量产，不过量产的成本相对偏高。
但它的缺点也很突出：
- 体积比较大（如下图所示是腔体滤波器和介质滤波器的体积上的比较）；
- 没办法用于极低频率的场景；
- 一般只能做成带连接器的模块化产品，安装方式比较受限。
在实际设计中，不同带宽需求会对应不同的结构：
- 如果需要窄带宽，就采用耦合谐振器结构；
- 中等带宽的需求，可以用梳状线结构来实现；
- 要是需要更宽的带宽，则要选用交指型结构。
近年来腔体滤波器的设计技术有了不少新突破，性能也随之大幅提升。举个例子，一款中心频率为800Mhz的腔体滤波器，它的通带到阻带的过渡带宽可以窄至1Mhz，滤波的选择性非常出色。
四、声表面波滤波器（SAW filter）
表面声波滤波器是一种电子滤波器，在射频系统里靠表面声波来过滤信号。这些声波在压电材料（比如石英、铌酸锂）的表面传播，电极负责产生和检测这些声学信号。
下图是SAW滤波器的基本结构里，能清楚看到电气和声学这两部分核心组件。SAW器件里，声波是沿着基底表面传播的，这样就能和表面的金属结构以及基底顶面相互作用。
1、SAW滤波器的主要特点：
工作原理：把电信号转换成机械（声学）波，之后再转回电信号。
频率范围：一般最高工作在2-3GHz。
体积小：尺寸不大，适合用在便携设备上。
成本：制造工艺比较简单，所以价格更实惠。
应用场景：常见于手机、GPS系统，还有物联网设备的射频模块里。
2、SAW滤波器的优点：
小巧轻便；
在低频应用中成本低；
低频时选择性和效率都不错。
3、SAW滤波器的缺点：
高频（3GHz以上）性能受限；
高温环境下稳定性会下降。
五、体声波（BAW）滤波器
体声波滤波器利用的是在压电材料内部整体传播的体声波，它能在高频下工作，而且性能出众、热稳定性也好。
下图是BAW滤波器和SAW滤波器的主要区别，就在于基底的主体部分（的利用方式）。BAW器件中，声波要穿过基底主体。这就需要把带金属结构的基底一层层堆叠排列起来，才能实现电声转换和声波谐振滤波。简单的 BAW 器件可能只有顶层和底层，不过也有更复杂的BAW结构，中间会多加几层。
1、BAW滤波器的主要特点：
工作原理：产生的声波会穿过压电材料的内部。
频率范围：适合高频场景，一般在3GHz以上（能到6GHz甚至更高）。
性能：在高频下温度稳定性更好，插入损耗也更小。
应用场景：常见于5G网络、WiFi系统（尤其是Wi-Fi 6/6E）以及高频通信模块中。
2、BAW滤波器的优点：
高频性能超强；
热稳定性好，在极端环境下也靠谱；
信号损耗小，选择性高。
3、BAW滤波器的缺点：
制造工艺复杂，成本更高；
尺寸比SAW滤波器大一些。
六、晶体滤波器
晶体滤波器的核心是晶体谐振器，每一个谐振器都由一块压电谐振材料制成。
它能提供精准固定的中心频率，而且品质因数（Q值）极高，能达到数万的级别——这就让它可以实现仅有几千Hz的极窄带宽。
晶体滤波器通常用在接收机的中频（IF）电路阶段（常见中频为70Mhz和140Mhz），工作频率范围大概在300Khz到225Mhz之间。它一般可以做成带通或陷波两种结构，拓扑类型则有切比雪夫和巴特沃斯两种可选。
这种滤波器主要适用于单频段应用场景，比如用在单一频率工作的接收机里，能精准地让目标频率信号通过，同时滤除其他所有频率的干扰信号。它本身还具备良好的温度稳定性。
不过晶体滤波器也有不少缺点：
- 功率承载能力较弱，大概只能承受10W的功率；
- 调谐操作难度很大；
- 价格通常比较高；
- 插入损耗也相对偏高。
七、螺旋滤波器
螺旋滤波器属于集总参数型滤波器，工作频率范围在45Mhz到3Ghz之间，而且只能设计成带通结构。
它的内部是一组通过磁场耦合的谐振腔，每个谐振腔都包含一个线圈和一个调谐电容——线圈的一端焊接接地，另一端连接调谐电容（见下图所示）。把线圈拉直后的长度，刚好等于滤波器中心频率对应的四分之一波长。
和LC滤波器比起来，螺旋滤波器的优势体现在带宽和插入损耗的平衡上。它的品质因数（Q值）也远高于传统集总参数滤波器，产生的杂散耦合很少，而且调试起来很方便。
拿它和声表面波（SAW）滤波器对比的话，螺旋滤波器的插入损耗和阻抗值都要低得多。
它的设计结构简单，小批量生产也能控制成本，还能实现快速交付。
螺旋滤波器的尺寸大小由两个因素决定：工作频率和带宽。要实现窄带宽，就需要更大的腔体结构来提升谐振器的Q值；而频率越高，滤波器的体积就越小。
不过螺旋滤波器也有局限性：
- 射频功率承载能力较弱，只能承受5W的功率；
- 工作频率范围相对较窄，仅限45Mhz到3Ghz。
看到这里大家应该能明白，给一个具体的应用场景选最合适的滤波器，远没有想象中那么简单，最终做决定之前，得把很多因素都仔细考量一遍才行。
