SIMetrix 8.30仿真蓝牙天线上的无源滤波器

蓝牙天线前端的低通滤波器

在蓝牙通信的2.4G天线与射频芯片的引脚之间，通常需要放置一些电感和电容组成的多级低通滤波器，以滤除高频干扰。

NRODIC开发板NRF54L15DK上芯片NRF54L15的射频引脚到天线之间的采用了5阶低通滤波器。如下图所示：

现通过SIMetrix 8.30该无源5阶低通滤波器进行仿真

仿真条件如下：

BODE图设置如下：

从仿真的结果上看，低通滤波器的截至频率（增益在-3dB是的频率）在4G左右，在2.4GHz处的增益大约在-1.5dB.
同时还可以看出，在10GHz时的增益为-55dB, 在100Hz的增益为-155dB, 5阶低通滤波器增益的下降速率为100dB/十倍频。

Π型滤波器的作用

射频（RF）信号从集成电路（IC）输出后接入Π 型滤波器，核心作用是对射频信号进行精准的频率筛选与信号优化，消除或抑制电路中的干扰成分，保障射频链路的信号质量与系统稳定性。其具体功能可从射频系统的核心需求出发，拆解为以下 5 个关键维度：

核心作用 1：抑制带外干扰，避免信号 “污染”

射频 IC 输出的信号往往并非纯净的目标频率 —— 可能因 IC 内部电路（如振荡器、数字模块）的非线性特性，产生谐波（如 2 次、3 次谐波） 、杂散信号（如交叉调制产物），或耦合外部环境中的干扰（如电源噪声、其他频段的射频干扰）。

Π 型滤波器属于无源线性滤波器（通常由电容、电感组成），其拓扑结构（串联电感 + 并联电容的对称 “Π” 形）能利用 LC 元件的频率选择性：对目标射频频段（通带）的信号呈现低阻抗，允许信号几乎无衰减地通过；对通带外的干扰信号（如谐波、杂散）呈现高阻抗，通过电容对地分流、电感串联阻隔的协同作用，将干扰信号衰减到极低水平，避免干扰 “串扰” 到后续链路（如天线、射频放大器），或对外辐射造成电磁兼容（EMC）问题。

例如：若 IC 输出 2.4GHz 的 Wi-Fi 信号，其 3 次谐波为 7.2GHz，Π 型滤波器可将 7.2GHz 信号衰减 20dB 以上，确保只有 2.4GHz± 信道带宽的信号进入后续电路。

核心作用 2：抑制带内噪声，提升信号信噪比（SNR）

射频 IC 输出的信号中，除了带外干扰，还可能叠加带内噪声（如 IC 内部晶体管的热噪声、闪烁噪声）—— 这些噪声会降低信号的 “纯净度”，尤其对需要高灵敏度接收 / 传输的射频系统（如蓝牙、GPS）影响显著。
Π 型滤波器的 LC 谐振特性可对带内噪声进行 “滤波优化”：通过精确设计 LC 元件的参数（电感值 L、电容值 C），使滤波器的通带与目标射频信号的带宽完全匹配，同时对通带内靠近边缘的噪声成分进行适度衰减，从而提升输出信号的信噪比（SNR），为后续链路（如混频器、解调器）提供更 “干净” 的输入信号，减少信号失真。

核心作用 3：阻抗匹配，减少信号反射与功率损耗

射频系统的关键指标之一是阻抗匹配（通常要求 50Ω 标准阻抗）—— 若 IC 输出阻抗与后续链路（如传输线、天线）的阻抗不匹配，会导致信号在接口处发生反射，造成功率损耗（如信号幅度衰减）、相位失真，甚至引发链路振荡。

Π 型滤波器的拓扑结构具有阻抗变换能力：通过调整串联电感与并联电容的参数，可将 IC 的输出阻抗（可能因工艺差异偏离 50Ω）匹配到后续链路的标准阻抗（如 50Ω），确保射频信号的功率高效传输（反射系数≤-10dB，即反射功率≤1%），避免因阻抗不匹配导致的信号完整性问题。

例如：若射频 IC 的输出阻抗为 30Ω，通过设计 Π 型滤波器的 LC 参数，可将 30Ω 阻抗变换为 50Ω，与后续 50Ω 的微带线完美匹配。

核心作用 4：隔离射频与直流 / 低频信号，保护 IC 与后续电路

射频 IC 的输出端可能同时存在射频信号与直流偏置电压 / 低频控制信号（如 IC 内部功放的直流供电、基带模块的控制信号）—— 若这些直流 / 低频信号进入后续射频链路（如天线），可能导致天线烧毁、射频放大器饱和等故障。

Π 型滤波器中的并联电容具有 “隔直、通交” 特性：直流信号无法通过电容，会被电容阻隔（或通过电感串联传输到供电端）；射频信号可顺利通过电容，进入后续链路；同时，串联电感可进一步抑制低频信号（如 1kHz 以下的电源噪声），实现射频信号与直流 / 低频信号的 “物理隔离”，保护 IC 和后续射频元件免受过压、过流损坏。

核心作用 5：改善电磁兼容性（EMC），满足行业标准

射频设备需符合严格的 EMC 标准（如 CE、FCC 认证），要求设备对外辐射的干扰信号不得超过规定限值，同时对外部干扰有一定抗扰能力。
Π 型滤波器通过以下两点提升 EMC 性能：
抑制 IC 对外的干扰辐射：将 IC 输出的带外杂散、谐波衰减，减少这些干扰通过传输线或天线对外辐射，避免超出 EMC 辐射限值；
增强 IC 对外部干扰的抗扰性：阻止外部环境中的干扰信号（如其他设备的射频辐射、电源噪声）通过后续链路反向耦合到 IC 内部，影响 IC 的正常工作。
例如：在汽车射频模块（如车联网 V2X）中，Π 型滤波器可使 IC 输出的干扰辐射符合 ISO 11452 等车载 EMC 标准，避免干扰车载雷达、导航等其他电子系统。

总结：Π 型滤波器在射频链路中的不可替代性

Π 型滤波器凭借 “结构简单、成本低、高频性能稳定” 的优势，成为射频 IC 输出端的核心被动元件 —— 其作用本质是 “净化信号、匹配阻抗、隔离干扰”，直接决定了射频链路的信号质量、功率效率与 EMC 合规性，是保障蓝牙、Wi-Fi、5G、GPS 等射频系统稳定工作的关键环节。