分貝

分貝是以對(duì)數(shù)刻度表示一個(gè)值與另一個(gè)值之比的測(cè)量單位。在音頻領(lǐng)域，分貝（dB）是用來衡量聲音強(qiáng)度的單位。RF應(yīng)用還會(huì)使用不同形式的分貝，如dBA、dBm（有時(shí)只寫作dB）、dBi和dBV。由于dB是“無單位”的，所以在討論特定值時(shí)會(huì)添加某些后綴。以下列出了各單位的用途：

• dBA：代表分貝放大器，在測(cè)量RF應(yīng)用中的電流幅度時(shí)使用。

• dBm或dB：這兩個(gè)單位在描述RF應(yīng)用中的功率（瓦特）時(shí)經(jīng)常使用?！癿”通常表示前綴“milli”。通常，RF功率測(cè)量值不會(huì)很高（取決于應(yīng)用），因此dBm往往更常見。

• dBi：該測(cè)量特定于天線的方向增益。
  

• dBV：代表分貝伏特，在測(cè)量RF應(yīng)用中的電壓幅度時(shí)使用。

頻率范圍是天線工作的有效頻率。通常會(huì)指定最小頻率和最大頻率。該組件能夠在此范圍內(nèi)以不同的“效率”進(jìn)行接收或發(fā)射，具體取決于中心頻率。天線如果具有寬帶能力，也可以列出幾個(gè)頻率范圍。

中心頻率

中心頻率是天線產(chǎn)生或傳遞最大信號(hào)強(qiáng)度（更佳增益）的位置。一些天線具有多個(gè)中心頻率，它們可能可以進(jìn)行寬帶通信。在開發(fā)應(yīng)用時(shí)，你無需匹配中心頻率，有時(shí)甚至無法獲取精確頻率。最好靠近中間的位置，因?yàn)檫@樣的性能更佳。

帶寬

帶寬是頻率范圍的總寬度。天線額定的最大頻率減去最小頻率等于其帶寬。例如，如果天線的最小頻率為1MHz且最大頻率為50MHz，則總帶寬為49MHz。無法僅依據(jù)帶寬數(shù)值來推測(cè)頻率范圍。在已知帶寬的情況下，還需要知曉最小額定值或最大額定值才能推導(dǎo)出另一個(gè)額定值。

帶通和帶阻

這兩個(gè)術(shù)語是相關(guān)的：帶通和帶阻。它們通常適用于“通過”或“抑制”頻率范圍的特殊濾波器。研究RF濾波器時(shí)經(jīng)常使用波特圖，其中X軸表示不斷增加的頻率（通常以對(duì)數(shù)刻度表示），而Y軸通常表示以dBV（分貝伏特）為單位的信號(hào)幅度。以下面我繪制的帶通信號(hào)波特圖為例（忘了注明，兩張圖的Y軸均使用dBV）：

請(qǐng)注意 ， 這并不是大多數(shù)器件所使用的典型頻率范圍 ， 而且 X 并不是對(duì)數(shù)刻度 ， 我只是借助一個(gè)較小的范圍來進(jìn)行說明。根據(jù)低端在810Hz左右截止、高端在777kHz左右截止的濾波器，我標(biāo)記了哪些頻率會(huì)保持在1V（0dBV）左右。該濾波信號(hào)的帶寬約為776,190Hz（即776.19kHz），而所有其他頻率的幅度都將急劇降低（衰減）。相反的濾波器稱為帶阻：

某些應(yīng)用有時(shí)需要抑制某些頻率。對(duì)于RF組件，你會(huì)發(fā)現(xiàn)與這些極為相似的圖（波特圖）。

那么為什么要使用這些圖形呢？如果是連續(xù)的正弦波，頻率和幅度在不同的點(diǎn)上增長(zhǎng)，那么看起來會(huì)相當(dāng)亂。

帶通圖如上圖所示，如果是頻率增加的正弦波，則隨著頻率的增加，它會(huì)變成一團(tuán)亂七八糟的豎線。

寬帶

該術(shù)語經(jīng)常用來描述互聯(lián)網(wǎng)連接，但它其實(shí)也是一個(gè)通用術(shù)語。具有寬范圍頻率以及數(shù)個(gè)中心頻率的天線稱為寬帶天線。

增益

增益可以在沒有背景的情況下描述幾個(gè)屬性，但它通常描述某種信號(hào)屬性的增加。如果是天線，則增益并不是增加的功率（天線無法提高功率），而是一種“定向增益”。由于設(shè)計(jì)原因，天線產(chǎn)生的信號(hào)具有方向性。增益高并不總是有益的，如果不希望信號(hào)固定在特定方向上，則需要降低增益。方向增益取決于應(yīng)用，這就是有些天線具有負(fù)增益（損耗）的原因。如果是濾波器或升壓信號(hào)，則增益可應(yīng)用于其他測(cè)量單位。你也可以增加功率、電流和電壓，但這需要借助一定的外部電源才行。

回波損耗

回波損耗是天線接收和抑制的頻率之比。

VSWR

VSWR表示電壓駐波比。駐波表示不被接收器接收并在傳輸線上反射回來的功率。VSWR是無損耗線路上最大電壓與最小電壓之比。駐波高度依賴于傳輸線、接收器和發(fā)射器的阻抗。

阻抗

阻抗是電抗和電阻的組合。電抗也以歐姆為單位進(jìn)行測(cè)量，但完全取決于信號(hào)的頻率。

簡(jiǎn)而言之，阻抗可以理解為交流電路中的無源元件減少或阻礙電流的程度。這同樣適用于高頻無線電應(yīng)用或高頻數(shù)字電路應(yīng)用，因?yàn)樗羞@些應(yīng)用都具有共同之處，即，它們?cè)谌魏沃芷谛圆ㄐ沃卸季哂心撤N形式的電壓變化。（注意：這并非僅局限于正弦波。）一些直流波形可以通過穩(wěn)定的直流輸入進(jìn)行操作，其中包括方波、鋸齒波、三角波和其他脈沖模式。

阻抗和電阻之間的主要區(qū)別在于電路工作頻率。直流應(yīng)用的輸入和/或輸出往往沒有頻率（暫時(shí)忽略時(shí)鐘產(chǎn)生和其他振蕩設(shè)計(jì)）。電路達(dá)人應(yīng)熟悉電阻、電容、電感兩端的電壓、電流和功率的一般等式。在直流電路中用這些微積分表達(dá)式求解等式已經(jīng)很難了。以下是電容上電壓和電流的等式：

其中：

有時(shí)，應(yīng)答器/收發(fā)器產(chǎn)生的頻率在特定應(yīng)用中并無用處，或純粹是不需要的噪聲。這就是許多器件通過不同的濾波器來過濾特定頻率的原因。“一階”一詞在數(shù)學(xué)上只是表示，對(duì)所使用的任何變量而言，都只有一個(gè)指數(shù)。

在電子物理世界中，它指使用電阻-電容網(wǎng)絡(luò)或電阻-電感網(wǎng)絡(luò)的無源濾波器?！盁o源”表示系統(tǒng)中未添加額外的電源，因此電壓只能因物理損耗（如熱或任何其他形式的能量）而下降。這些濾波器通常與高階（有源）濾波器配合使用，以提高濾波器的整體效果。

電阻 - 電容（ RC ）低通和高通濾波器

本文將只討論RC網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槲也⒉怀Ｓ肦L網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，不過完整的設(shè)計(jì)通常會(huì)根據(jù)應(yīng)用的要求將二者組合使用。以下是RC低通濾波器的電路圖：

電阻允許較慢的頻率通過，但會(huì)伴隨一定的損耗，而電容可能沒有時(shí)間充分充電以影響較低頻率。R和C的值非常重要，但R值的選擇幾乎始終取決于是需要更多的電壓還是需要更多的電流。R值的選擇也是為了使C接近典型的電容值。然后，根據(jù)給定的要開始“截止”的頻率來計(jì)算C值。計(jì)算方程式如下：

假設(shè)需要1500Hz的截止頻率和100歐姆的電阻，可得出以下電容值：

我使用LTSpice來模擬頻率掃描：點(diǎn)擊Run并選擇AC sweep即可。我用了1000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，從1Hz掃描到5000Hz（5kHz），并利用線性掃描得到下圖。

我將X軸改為對(duì)數(shù)刻度，以便于查看。我測(cè)量了交流電壓，也就是位于14dBV處的藍(lán)線。綠線代表濾波器的反應(yīng)，此外還有一個(gè)位于1500Hz處的垂直測(cè)量值，也就是-3dB滾降點(diǎn)的位置。換言之，這就是電壓開始隨著頻率的增加而急劇下降的位置。

計(jì)算公式保持不變，但交換電容和電阻的位置。電容行為通常被描述為“攔截”較低頻率而“通過”較高頻率。在電氣方面，它實(shí)際上是在交替的模式中充電和放電，但為了直觀起見，通常以另一種方式描述該標(biāo)準(zhǔn)，以便新手理解。在本例中，電容會(huì)攔截低于1500Hz的頻率，并通過1500Hz以上的頻率。

同樣地，我使用了1000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的交流掃描，并從1kHz掃描到10kHz。其幅度在1500Hz以下急劇下降，并緩慢恢復(fù)到接近14dB的水平（本例中存在一些損耗）。如果將這兩個(gè)濾波器相結(jié)合，就得到了帶通濾波器。通常，高通濾波器在前，低通濾波器在后（但也并非始終如此）。假設(shè)我們需要1500Hz到5000Hz的信號(hào)。高通濾波器的截止電容保持不變，而低通濾波器需要0.32uF電容。以下是電路圖：

頻率響應(yīng)如下：

二階及以上濾波器更加高效，因?yàn)槠渲性黾恿送獠侩娫?。有源濾波器不僅可以提高功率，還可以幫助信號(hào)保持在某一電壓閾值以上，直到截止點(diǎn)。此外，在-3dB滾降點(diǎn)之后，它還能更好地衰減信號(hào)。下圖有助于理解我所表述的意思：

所有的彩色線均始于5dB，只不過我不希望它們重疊在一起。在電子學(xué)的世界里，要達(dá)到黃線所示的完美濾波是不可能的。但很有可能通過使用高階濾波器使線條變得更加陡峭，從而更加接近此效果。諸如此類的圖形通常以“每十倍頻率降的分貝”來描述截止的陡峭程度。實(shí)際上表達(dá)的是，在-3dB截止點(diǎn)之后的線路斜率。獲得較高的斜率通常是良好濾波器的目標(biāo)。這是否意味著計(jì)算更加困難？如果你想做電路分析，那答案是肯定的，但如果你只是想建立電路，那么頻率的計(jì)算實(shí)際上是不變的。以下是三階低通濾波器的示意圖，這稱為同相巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)：

我給電路的各“部分”加上了標(biāo)簽，這樣更容易理解。每個(gè)低通RC網(wǎng)絡(luò)均使用相同的數(shù)值計(jì)算方式。

這意味著所有電容的值均相同，且相應(yīng)的電阻值也相同（并非增益電阻）。從研究來看，當(dāng)增益為2時(shí)，增益的Ra和Rb的值通常相等。同樣，不同的低通網(wǎng)絡(luò)中使用的其他電阻的選值方法與一階濾波器相同，然后根據(jù)給定的所需截止頻率計(jì)算電容值。為了顯示結(jié)果，我決定使用10kHz的截止頻率運(yùn)行模擬。我經(jīng)常選擇10k歐姆的電阻，因?yàn)槲蚁Ｍ妷罕３衷谕凰缴??；谶@些值計(jì)算得出，電容應(yīng)為1.59nF。我選擇1k歐姆作為Ra和Rb的值。然后再次使用交流掃描：采用十倍掃描，每十倍掃描5000點(diǎn)，從1kHz掃描到50kHz。以下是標(biāo)有各數(shù)值的電路圖：

藍(lán)線表示有源濾波器，綠線表示設(shè)有相同截止頻率的無源濾波器。請(qǐng)注意，藍(lán)線保持恒定的時(shí)間更長(zhǎng)，且更接近10kHz的截止點(diǎn)（這一點(diǎn)非常好）。另外，需注意10kHz點(diǎn)之后斜率的顯著差異，藍(lán)色濾波器的性能要好得多。高通濾波器看起來完全一樣，只不過將10k歐姆電阻和電容進(jìn)行了交換。

要構(gòu)建帶通濾波器，只需將一個(gè)濾波器饋入另一個(gè)濾波器，即可將二者相結(jié)合。唯一的建議是在級(jí)間以及輸出與負(fù)載之間增加一個(gè)單位增益緩沖器。該緩沖器在第一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出和第二個(gè)運(yùn)算放大器的輸入之間充當(dāng)“阻抗橋”，并可提高電流從輸入到輸出的效率。從數(shù)學(xué)的角度來說，一階濾波器更改了下一級(jí)的阻抗。以下是具有10kHz低頻截止和50kHz高頻截止的帶通濾波器的最終電路。