如何测试滤波器效果？

滤波器是微波电子系统中常用的器件。滤波器是标准的选择性器件，完成对工作信号的提取和干扰信号的抑制。根据滤波器的实现方式不同，可分为LC滤波器、声表面滤波器、陶瓷滤波器、机械滤波器等。这些滤波器的实现方式、性能指标和应用也不同。为精确测试这些指标，对测试仪器的测试能力和测试精度都有很高的要求，网络分析仪是测试滤波器参数的首选设备。

滤波器是典型的线性双端口器件。对于一个带通滤波器，要求它在指定的频率带宽内对输入信号具有很小的损耗和失真。而对于通带外的信号，需要具有最大的抑制能力。滤波器的常用测试指标包含：①传输参数指标，插入损耗、带外抑制、带宽、通带内抖动、群延时等；②反射参数指标，输入/输出端反射损耗；③计算得到的参数，矩形系数、Q值。精确的网络分析仪测试分为传输测试和反射测试。最常测试的滤波器传输特性有插入损耗和带宽，网络分析仪可以调整测试显示的比例和位置，以便较好地对通带内频响进行测试读数。传输指标中需要测试的另一个参数是带外抑制，它用于评估滤波器对通带外干扰信号的抑制能力，这需要网络分析仪有较大的测量动态范围，采用混频方式下变频的网络分析仪一般都能满足此要求，对于要求极大测量动态范围的滤波器（含其他器件），需根据网络分析仪的开放结构外加辅助器件扩展它的测量动态范围。反射指标显示在阻滞外滤波器具有很高的反射，带外反射损耗接近于0 dB，处于完全失配状态，而对通带内信号需具有很好匹配性能，反射损耗较大。

滤波器是典型的线性双端口器件，对带通滤波器，要求它在指定的频率带宽内，对输入信号具有很小的损耗和失真，而对通带外信号具有最大的抑制能力。滤波器是通用的无源、线性、两端口器件。通常采用扫频传输/反射技术来完整无缺地表征它的特性。滤波器的特性在元件测试系统中的地位是很重要的。一个宽带滤波器，要求它在指定带宽内的信号具有最小的损耗和失真；而对于通带外的信号，有最大的抑制。对于窄信道间隔的通信系统，要求滤波器具有低的插入损耗，高的Q值和高的频率选择性，它们必须满足更严格的频响特性。图5-41为带通滤波器典型参数定义，图5-42采用网络分析仪测试带通滤波器的S11和S21曲线。滤波器的常用技术指标如下：

（1）传输参数：插入损耗、带外抑制、中心频率、纹波系数、平均值、标准偏差、带宽、通带内抖动、群时延等。

（2）反射参数：输入/输出端口的反射系数。

（3）计算参数：矩形系数和Q值。

图5-41　带通滤波器典型参数定义

在滤波器的精确测量中，传输通带内的误差校准是十分重要的。校准前后的测量结果是十分不同的。如果只进行了频率响应校准，由于源和负载的不匹配，测量的幅度会有起伏波纹。有些波纹甚至超过0 dB参考线，这显然是不可能的。这是由于测量不匹配造成的，采用二端口校准就可以了。滤波器的精确测量需要采用二端口校准，幅度起伏波纹可达到±0.1 dB。

设置网络分析仪的扫描频率包括滤波器的通带频率范围和需要测试的抑制带频率范围，再设置网络分析仪激励源的功率和接收机中频带宽等参数。网络分析仪参数设置完成后进行二端口SOLT校准。

校准完成后将被测滤波器连接在网络分析仪的校准面之间。可使用网络分析仪的多通道测试功能来提高测试效率，可同时显示不同的测试通道来完成滤波器通带内参数和带外抑制性能测试。对于带宽参数的测试，可使用网络分析仪的带宽搜索功能来直接读取。

滤波器通带内幅频特性抖动参数的测试，可使用网络分析仪的统计功能完成。统计功能可对测试数据的统计值进行分析，包括平均值、峰-峰值抖动等参数。

图5-42　采用网络分析仪测试带通滤波器的S11和S21曲线

图5-43　利用矢量网络分析仪测量射频滤波器示意图

图5-43显示了利用矢量网络分析仪测量射频滤波器示意图，矢量网络分析仪的一端口连接滤波器的输入端，二端口连接滤波器的输出端，测量滤波器的S11、S12、S21、S22，测量4个参数不需要重新连接滤波器，矢量网络分析仪通过内置电子开关进行切换。

图5-44～图5-49显示了利用矢量网络分析仪测量射频滤波器，它的基本特性显示在图5-43里，所有的测试都是频率的函数（2.22～2.42 GHz），图5-44显示了0～50 dB的插入损耗，图5-45显示了用回波损耗表示的输入失配，图5-45显示了用SWR表示的输入失配，图5-46显示了用反射系数表示的输入失配，图5-47在同一个图上显示了S11和S22，图5-48为S11的极坐标格式测试曲线。

5-44　插入损耗和回波损耗与输入频率的关系

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图5-45　输入SWR与频率

图5-46　输入反射系数与频率

图5-47　显示了S11和S22随频率的变化曲线

图5-48　S11的幅度和相位随频率在极坐标中的曲线

图5-49　是S11的幅度和相位随频率在Smith圆图中的曲线

图5-48是S11的幅度和相位随频率在极坐标中的曲线，图5-49是S11的幅度和相位随频率在Smith圆图中的曲线，图5-50是S21的相位随频率在2.22～2.42 GHz中的曲线，图5-51是S21的群时延随频率在2.22～2.42 GHz中的曲线，图5-52是S11、S12、S21、S22随频率在2.19～2.45 GHz中的曲线，图5-53为预配置窗口排列。

图5-50　S21的相位随频率在2.22～2.42 GHz的曲线

图5-51　S21的群时延随频率在2.22～2.42 GHz中的曲线

图5-52　S11、S12、S21、S22随频率在2.19～2.45 GHz中的曲线

图5-53　预配置窗口排列

矢量测量滤波器步骤见表5-4所示。

表5-4　失网测量滤波器步骤