Kogud

RF-filtri kujundamise põhitõed

RF-filtri kujundamise põhitõed

Raadiosagedusfiltri disain on sageli keeruline ja reserveeritud ainult spetsialiseeritud arendajatele. Kuigi raadiosagedusfiltri disain võib olla keeruline, saab protsessi lihtsustada ja avada, et seda saaksid teostada elektrooniline disainer.

Raadiosagedusfiltri optimaalse disaini saavutamise tagamiseks on vaja kehtestada nõutavad jõudlusparameetrite nõuded, et saaks teha otsuseid topoloogia, filtritüüpide jms osas.

Sõltumata sellest, millist filtrit tegelikult vaja on, kasutatakse mis tahes filtri kujundamisel sama põhimetoodikat. Metoodika kasutamine tähendab, et võetakse arvesse kõiki vajalikke nõudeid, kasutatakse õiget disainilahendust ja lõpuks on välja töötatud õige RF-filter.

RF-filtri kujundamise põhitõed

Üldiselt muudavad filtrid neid läbivate sinusoidaalsete lainekujude amplituude ja faase. See muutus varieerub vastavalt üksikute sinusoidide sagedusele üldises lainekujus.

Enamikku filtreid nimetatakse lineaarseteks filtriteks. Sellisena puudub neil mittelineaarne tegevus, mille vastus oleks sisendiga proportsionaalne. Selle asemel läbivad signaalid ning nende amplituudi ja faasi muudetakse lineaarselt vastavalt nende sagedusele.

Selle põhjal on võimalik määrata mõned peamised raadiosfiltri disainiparameetrid, mis on signaali muutmise tegurid, nimelt võimendus, G ja faasinihe θ. Kuna nii võimendus G kui ka faasinihe θ sõltuvad sagedusest, st nad on sageduse funktsioonid, saab neid väljendada järgmiselt:

G =G (f)

θ =θ (f)

Need kaks funktsiooni tähistavad vastavalt filtri suuruse vastust (sageli nimetatakse sagedusreaktsiooniks) ja faasilist vastust.

Need kaks funktsiooni reguleerivad peamisi funktsioone, mida tuleb filtri kohta teada saada. Funktsioonide kindlaksmääramiseks on võimalik kujundada raadiosagedusfilter.

Tavaliselt kasutatakse kõigepealt madalpääsmase RF-filtri disaini näidet ja seejärel laiendatakse seda ka muude filtrivormidega. Vastavalt sellele uurime kõigepealt madalpääsfiltri kujundust.

Päris ja ideaalsed filtrid

Raadiosagedusfiltri kavandamisel oleks ideaalne, kui filter võimaldaks signaale läbipääsuribal ilma amplituudi või faasi muutusteta. Sellistel filtritel võib olla ristkülikukujuline reaktsioon, mis langeb otse nende peatusriba ja tagab nõutava taseme ribalaiuse sumbumise.

Kahjuks ei ole võimalik raadiosagedusfiltreid niimoodi kujundada ja tegelikud raadiosagedusfiltrite kujundused suudavad läheneda ainult ideaalsetele vastuskõveratele ja parameetritele. Neid lähendusi saab seejärel kasutada olemasolevate filtritüüpidena. Nende hulka kuuluvad Butterworth, Bessel, Chebyshev, Elliptical, Gaussian ja paljud teised.

RF-filtri kujundamisel matemaatilist lähenemist kasutades on võimalik kasutada matemaatilist seost. Võib tõestada, et kõigi realiseeritavate filtrite vastuse ruutu saab väljendada kahe paaris, s.o ratsionaalse polünoomi suhtena. See tähendab, et kõigi RF-filtrite kujunduste üldine matemaatiline avaldis on:

G2f=B2(f)A2(f)

RF-filtri disain ja normaliseerimine

Kui Butterworthi filtrite ja konstantsete K-filtrite jaoks on saadaval suhteliselt sirgjoonelised võrrandid, nõuavad muud filtrivormid keerulisemaid arvutusi.

Aastaid kasutatud lähenemisviis raadiosagedusfiltri kujundusele kasutab nn normaliseeritud filtreid. Muutujate komplekt arvutatakse standardtingimuste ja nende jaoks ning need on tabelina kasutusvalmis ja nõutavatele tingimustele vastavaks muudetud.

Normaliseeritud filtri väljalülitussagedus oleks 1 radiaan sekundis, s.o 0,159Hz ja takistus 1Ω. Seejärel saab neid väärtusi vajaliku sageduse ja impedantsiga kasutamiseks väga hõlpsalt skaleerida. Sel viisil vähendati raadiosagedusfiltrite väljatöötamiseks vajalikku tüütut ja kaasatud matemaatikat vaid rohkem kui nõuete kindlaksmääramine ja seejärel vastava väärtuste tabeli leidmine. Tabeleid on saadaval mitmesugustes raamatutes ja isegi veebis.

Esmalt valitavad nõuded hõlmavad selliseid parameetreid nagu filtri tüüp (Butterworth, Chebyshev jne), pulsatsiooni tase jne, filtri järjestus (st induktorite ja kondensaatorite arv) jne.

Kui need on valitud, saab leida asjakohase tabeli ja määrata filtri elementide väärtused.

RF-filtri disain ja skaleerimine

Kui filtri konstruktsioon on normaliseeritud kujul realiseeritud, tuleb seejärel väärtused teisendada vajalikule sagedusele ja impedantsile. Normaliseeritud vormingus on filtri disainilõige 0,159 Hz, st 1 radiaan sekundis ja see on kavandatud töötama koormustakistuseks 1 Ω.

C =Cn2πfcR

L=R  Ln2  π  fc

Kus:
C = kondensaatori tegelik väärtus
L = induktori tegelik väärtus
Cn = normaliseeritud kondensaatori väärtus
Ln = normaliseeritud induktori väärtus
R = nõutav koormustakisti väärtus
fc = nõutav väljalülitussagedus

RF-filtri kujundamise protsess

RF-filtri kujundamise protsessis on mitu etappi või etappi. Nende järgimine aitab RF-filtrit loogiliselt kujundada. Need etapid on mõeldud madalpääsfiltri kujundamiseks - edasised etapid selle ülekandmiseks ülipääs- või ribapääsfiltrile on toodud järgmistel lehtedel.

Kuigi mõned arvutiprogrammid võivad lubada otsest kujundamist, on sageli endiselt laialt levinud tabelite jms kasutamine. Kui kasutatakse arvutiprogrammi, saab filtri kujundamise protsessi vastavalt muuta.

  1. Määrake vajalik vastus: protsessi esimene etapp on tegelikult vajaliku reageerimise määratlemine. Sellised elemendid nagu piiripunkt, sumbumine antud punktis jne.
  2. Sageduste normaliseerimine: Filtrikõverate erinevate tabelite ja diagrammide kasutamiseks on vaja kõik sagedused teisendada nii, et piiripunkt oleks 1 raadio sekundis ja kõik muud punktid oleksid selle suhtes.
  3. Määrake maksimaalne sagedusriba pulsatsioon: Raadiosagedusfiltrite väljatöötamise üks peamisi samme on mõista, kui palju ribasisest pulsatsiooni talutakse. Mida rohkem pulsatsiooni, seda suurema selektiivsuse saab. Mida suurem on selektiivsus, seda kiiremini toimub üleminek sagedusribalt lõplikule väljalangemisele.
  4. Sobitage nõutavad sumbumiskõverad filtri omadega: Teades omadusi, nii konkreetsetes punktides nõutava pulsatsiooni kui ka tagasilükkamise osas, on võimalik määrata filtri tüüp ja ka filtri kujunduses nõutavate elementide järjestus või arv.
  5. Määrake elemendi väärtused: Asjakohaste otsingutabelite abil saab määrata normaliseeritud filtrikomponendi väärtused
  6. Normaliseeritud väärtuste skaala: Lõpuks tuleb väärtused skaleerida nõutava väljalülitussageduse ja takistuse jaoks.

Filtri väärtused ja kõverad leiate paljudest filtrikujundusraamatutest, sealhulgas Zvrev, pubi Wiley "Handbook of Filter Synthesis".

Täna on paljud vooluringi kujunduse ja filtri kujunduse programmid või rakendused saadaval veebis või rakenduste allalaaditavatena.

Neid rakendusi kasutades on sageli võimalik nõuded otse sisse anda ja disain ilmub. Siiski on siiski soovitatav osata mõista disainiprotsessi põhiprintsiipide põhjal ja nii saab kompromisside piiranguid paremini mõista.

Raadiosagedusfiltrite projekteerimise põhialuste mõistmine ei võimalda mitte ainult filtrite väljatöötamist, vaid isegi siis, kui tegelikku disaini ette ei võeta, annab see suurema ülevaate protsessist ja filtrite enda spetsifikatsioonist.


Vaata videot: Basic concepts of web applications, how they work and the HTTP protocol (Detsember 2021).