射頻（RF）濾波器設計持續面臨電氣、機械和環境等方面的挑戰。例如系統必須符合規定的外觀尺寸大小、環境溫度會左右濾波器的頻率響應飄移、機殼材料也會影響濾波器的性能表現。設計人員必須從一開始就對上述因素做出取舍，才能設計出符合需求的解決方案。

在設計濾波器以滿足已知要求的過程中，有許多既有的挑戰。這些要求主要是在電氣、機械和環境方面。從系統級設計所提出的約束，例如機械尺寸之類，通常都具有極高的重要性。本文將會討論濾波器設計過程中在射頻（RF）方面的重大挑戰。

首先，本文將以一款現有產品來展示不同溫度下頻率響應的漂移。這種頻率響應的漂移非常重要，在設計流程開始前就要牢牢記住，因為反應會根據濾波器工作環境的變化而改變。

圖1：COM-2J1F1-1Y2-000雙工器

接著，將會介紹被動互調（PIM）測量的設置，在滿足濾波器產品要求的過程中，它可能是最具挑戰性的規范，主要原因包括缺乏精確的模擬工具以及測量不準確。為清晰說明測試的過程，文中也提供測試的方塊圖。文中也會提出此次測量中的不確定性，并討論一些影響因素。

最后，則探討插入損耗和窄頻帶隙抑制之間的權衡，也提供一些濾波器合成的范例，目的是要說明各種要求之間的權衡。然而，在顧此失彼的限制下，很可能 無法滿足全部要求，尤其是在有限的空間內。因此，濾波器的設計人員必須要求客戶厘清不同要求之間的優先順序。

溫度對濾波器性能產生的影響

這里將闡述溫度對濾波器帶外抑制的效應，因此采用Molex旗下公司SDP Telecom所生產的COM-2J1F1-1Y2-000雙工器（圖1），它是一臺雙頻帶結合器。

由于本單元各頻帶之間的隔離性極高（》 50dB），所以可將頻帶1視為雙頻帶濾波器，而將頻帶2視為簡單的濾波器。由于雙頻帶濾波器超出本文所討論的范圍，因此將重點討論頻帶2。附帶一提的是，此一雙工器中所有諧振器皆使用鋁材料。

圖2說明了該頻帶在三種溫度下的測量結果：-40℃（低溫）、25℃（環境溫度）和+65℃（高溫）。從圖中可以看出，溫度變化對濾波器的抑制具有一定影響。對于已知的衰減值（圖2的例子約在-30dB），可以看出從低溫到環境溫度的漂移約為2.9MHz，從環境溫度到高溫的漂移約為2.3MHz。

圖2、三種溫度下雙工器頻帶2的傳輸性能及其部分放大圖

一般而言，對于已知材料和濾波器的中心頻率，可用公式1來預測頻率漂移：

Δf=δ ΔT f0 （1）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。公式1

其中，δ為10-6/℃下的熱膨脹系數，ΔT為溫度變化，而f0為濾波器的中心頻率。表1列出一些常用材料的δ值。

將公式1應用到某些例子，考慮到δ=23 10-6/℃（鋁）和f0=1922MHz。在低溫的情況下，ΔT=65℃，因此Δf≈2.874MHz，而在高溫的情況下，ΔT=40℃，因此Δf≈1.768MHz。

可以發現測量結果與公式1計算結果一致。一些誤差可歸因于諧振器的形狀和內插近似值（Interpolation Approximation）。因此，公式1可用于預測溫度漂移情況下的頻率變化。CTE δ的值不需要過高，從而避免在衰減性能上出現重大變化，對于較廣的溫度范圍尤其是如此。

重要的是，在選擇諧振器材料時需要考慮一些重要因素，主要包括成本、重量、制造方法（沖壓、壓鑄等等），并且要鍍銀以防止發生PIM。圖3說明了濾波器中三種常用材料之間的折衷。

圖3、不同諧振器材料之間的權衡

鋁的成本通常較低而且重量較輕，然而熱膨脹系數（CTE）相對較高，因此在規范要求嚴格的情況下可能并不適合。鋼材的成本效益較佳，根據具體成分，CTE較低，從而讓它成為窄頻帶應用的良好選擇。但是鋼材是一種鐵磁材料（Ferromagnetic Material），需要鍍銀處理，這將會提高總成本。殷鋼基本上是鎳和鐵的合金，熱穩定性極高，但成本也非常高。

對采用不同材料諧振器的低成本解決方案做出溫度補償（例如圖3所示的鋼材和鋁材）是一種常用的方法。這種方法可在最終產品的良好性能與可承受成本之間找到最佳平衡點。