Разделы сайта

Основные положения о фильтрах

Фильтр - электрическое устройство, в котором из спектра поданных на его вход электрических колебаний выделяются (пропускаются на выход) составляющие, расположенные в заданной области частот, и не пропускаются все остальные составляющие. Фильтры используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники - везде, где передаются электрические сигналы при наличии других (мешающих) сигналов и шумов, отличающихся от первых по частотному составу. Область частот, в которой лежат составляющие, пропускаемые (задерживаемые) электрическим фильтром, называют полосой пропускания (полосой запирания или задерживания). Фильтрующие свойства количественно определяются относительной величиной вносимого им затухания в составляющие спектра электрических колебаний: чем больше различие затуханий в полосе запирания и полосе пропускания, тем сильнее выражены его фильтрующие свойства. По виду кривой зависимости затухания от частоты (по взаимному расположению полос пропускания и задерживания) различают следующие типы фильтров: нижних частот (ФНЧ), пропускающие колебания с частотами не выше некоторой граничной fВ и задерживающие колебания с частотами выше fВ, верхних частот (ФВЧ), в которых, наоборот, пропускаются колебания с частотами выше некоторой fН и подавляются колебания ниже этой границы; полосно-пропускающие (ППФ), или полосовые, выделяющие колебания только в конечном интервале частот от fВ до fН, полосно-задерживающие (ПЗФ), иначе режекторные фильтры, обратные ППФ по своим частотным характеристикам.

Конструкция фильтров, технология их изготовления, а также принцип действия определяются прежде всего рабочим диапазоном частот и требуемым видом частотной характеристики. Фильтрами называют пассивные четырехполюсники, которые осуществляют передачу сигналов в согласованную нагрузку в соответствии с заранее заданной частотной характеристикой. В данной работе мы имеем дело с диапазоном сверхвысоких частот (СВЧ), поэтому рассматривать будем только фильтры СВЧ.

В технике сверхвысоких частот фильтры реализуют на основе отрезков линий передачи (коаксиальных кабелей, полосковых линий, металлических волноводов), являющихся по существу распределёнными колебательными системами. В диапазоне 100 МГц - 10 ГГц применяют гребенчатые, шпилечные, встречно-стержневые, ступенчатые фильтры из полосковых резонаторов.

Волноводные фильтры находят применение в сантиметровом диапазоне частот, где их габариты оказываются конструктивно приемлемыми. Коаксиальные фильтры чаще всего применяются в дециметровом и метровом диапазонах. Полосковые фильтры применяются в сантиметровом и дециметровом диапазонах.

Идеальным фильтром называется четырехполюсник, модуль коэффициента передач которого |S21| равен единице на всех частотах, образующих его полосу пропускания, и равен нулю на частотах, образующих полосу запирания. На практике фильтры характеризуются вносимым затуханием (выражается чаще в децибелах):

LA=-20lg|S21|

На рис. 4.1 мы можем увидеть зависимость коэффициента мощности от частоты, связанного с коэффициентом передачи следующим выражением:

G=|S21|2

а) фильтр нижних частот; б) фильтр полосно-пропускающий; в) фильтр высоких частот; г) фильтр режекторный.

Рис. 4.1«Характеристики усиления идеальных фильтров»

В полосе пропускания идеального фильтра LA=0, а в полосе запирания LA= ∞.В идеальных фильтрах в полосе запирания мощность, поданная на вход, не проходит на выход. Она либо отражается от входа (фильтры отражающего типа), либо поглощается в элементах фильтра (фильтры поглощающего типа). Заметим, что полная величина потерь, вносимых фильтром, складывается из тепловых потерь и потерь, вызванных отражением части энергии от его входа.

Фильтры отражающего типа для уменьшения тепловых потерь делают на реактивных элементах, параметры которых подобраны так, чтобы в полосе пропускания (ПП) отражения не было, а в полосе запирания (ПЗ) мощность практически полностью отражалась от входа.

Самое читаемое:

Автоматизированное управление электронной проходной
Система контроля и управления доступом (СКУД) предназначена для выполнения комплекса мероприятий, направленных на ограничение и санкционирование доступа сотрудников на территорию предприятия, в помещения и зоны ограниченного доступа. Оборудование рассчитано на количество пользователей системы контроля и управления доступом электронн ...