无源滤波器为什么能滤波?

滤波器能够滤波的本质是 —— 利用构造特定的阻抗特性引起反射和损耗来实现对频率的选择。


如果从能量守恒的角度来讲,被抑制掉的信号去哪里了?


无源滤波器为什么能滤波?的图1

我们先看一下基本电路原理,上图中负载接收的功率为:

无源滤波器为什么能滤波?的图2



我们知道,最大功率传输条件是源和负载满足共轭匹配。当源阻抗选为纯电阻50欧时,负载也得为50欧,它才能吸收最大的功率。负载阻抗与源阻抗相差越大,能量反射回到源的比例越大,负载吸收功率越少。



无源滤波器为什么能滤波?的图3



怎样衡量两阻抗差异程度呢,我们回顾一下电磁场与波,电磁波从媒质1垂直入射到媒质2,会出现透射与反射的现象。反射系数模值越大,反射能量越多。


无源滤波器为什么能滤波?的图4


如果在源和负载之间插入一个无源无耗二端口网络,使得我们从源向右看去的阻抗,在通带等于50欧,而阻带与50欧相差很大(即反射系数很大),这个网络就有了滤波性能。

所以说滤波器在某种程度上可以看作一个阻抗变换器。

无源滤波器为什么能滤波?的图5

举个例子说明,在AWR中查看上图电路的阻抗实部虚部:



无源滤波器为什么能滤波?的图6



取源电阻50欧,查看反射系数(S11)、负载与源功率比(Pratio),有:



无源滤波器为什么能滤波?的图7


  • 通带内,实部接近50欧,虚部趋于零,也就是负载阻抗接近于源阻抗;反射系数模值趋于零(匹配,全透射),功率传输接近50%。

  • 阻带内,实部接近于零,虚部很大,类似一个纯电抗元件,储能而不耗能;反射系数模值很大,接近于1(全反射),功率传输基本为零。


这也就解释了为什么滤波器在通带内传输功率,而在阻带内抑制功率的频率选择特性了。

- The End -

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