Dalrate.ru

Построение рабочей локальной сети

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.

Популярное:

Информационно-вычислительная сеть на основе архитектуры клиент-сервер, предметная область Магазин бытовой техники Компьютерная сеть обозначает наборы связанных между собой автономных компьютеров. Два компьютера называются связанными между собой, если они могут обмениваться информацией. Связь не обязательно должна осуществляться при помощи медного провода. Могут использоваться самые разнообразные средства связи, включая волоконную оптику, ...