Kolekcje

Podstawy projektowania filtrów RF

Podstawy projektowania filtrów RF


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Często uważa się, że projektowanie filtrów RF jest trudne i zarezerwowane tylko dla wyspecjalizowanych programistów. Chociaż projekt filtra RF może być skomplikowany, proces ten można uprościć i otworzyć, aby umożliwić jego wykonanie przez projektanta elektroniki.

Aby zapewnić optymalny projekt filtra RF, konieczne jest spełnienie wymaganych parametrów wydajnościowych, aby można było podejmować decyzje dotyczące topologii, typów filtrów i tym podobnych.

Jednak bez względu na faktyczny projekt filtra, ta sama podstawowa metodologia jest używana do projektowania dowolnego filtra. Stosowanie metodologii oznacza uwzględnienie wszystkich niezbędnych wymagań, zastosowanie odpowiedniego podejścia projektowego, a ostatecznie zaprojektowanie odpowiedniego filtra RF.

Podstawy projektowania filtrów RF

Ogólnie rzecz biorąc, filtry modyfikują amplitudy i fazy przebiegów sinusoidalnych, które przez nie przechodzą. Ta zmiana zmienia się w zależności od częstotliwości poszczególnych sinusoid w całym przebiegu.

Większość filtrów to tak zwane filtry liniowe. Jako takie nie mają nieliniowych działań, w których odpowiedź jest proporcjonalna do wejścia. Zamiast tego sygnały przechodzą, a ich amplituda i faza są zmieniane w sposób liniowy zgodnie z ich częstotliwością.

Na tej podstawie można określić niektóre kluczowe parametry konstrukcyjne filtra RF, które są czynnikami, przez które zmienia się sygnał, a mianowicie wzmocnienie, G i przesunięcie fazowe θ. Ponieważ zarówno wzmocnienie G, jak i przesunięcie fazowe θ są zależne od częstotliwości, tj. Są funkcjami częstotliwości, można je wyrazić w następujący sposób:

sol =sol (fa)

θ =θ (fa)

Te dwie funkcje reprezentują odpowiednio odpowiedź amplitudową (często określaną jako odpowiedź częstotliwościowa) i odpowiedź fazową filtra.

Te dwie funkcje zarządzają głównymi cechami, które należy znać o filtrze. Mając możliwość określenia funkcji, można zaprojektować filtr RF.

Zwykle w pierwszej kolejności używany jest przykład konstrukcji filtra dolnoprzepustowego RF, a następnie jest on rozszerzany o inne formy filtra. W związku z tym najpierw przyjrzymy się konstrukcji filtra dolnoprzepustowego.

Prawdziwe i idealne filtry

Podczas projektowania filtru RF byłoby idealnie, gdyby filtr przepuszczał sygnały w paśmie przepustowym bez jakiejkolwiek zmiany amplitudy lub fazy. Filtry takie jak ten mogą mieć odpowiedź prostokątną, opadającą prosto do ich pasma zaporowego i zapewniającą wymagany poziom tłumienia pasma zaporowego.

Niestety nie jest możliwe zaprojektowanie takich filtrów RF, a rzeczywiste projekty filtrów RF mogą być tylko przybliżone do idealnych krzywych odpowiedzi i parametrów. Te przybliżenia można następnie wykorzystać jako różne typy istniejących filtrów. Należą do nich Butterworth, Bessel, Chebyshev, Elliptical, Gaussian i wiele innych.

Dzięki matematycznemu podejściu do projektowania filtrów RF możliwe jest zastosowanie zależności matematycznej. Można udowodnić, że kwadrat odpowiedzi dla wszystkich możliwych do zrealizowania filtrów można wyrazić jako stosunek dwóch parzystych, czyli wymiernych wielomianów. Oznacza to, że ogólne wyrażenie matematyczne dla wszystkich projektów filtrów RF to:

sol2fa=b2(fa)ZA2(fa)

Projektowanie i normalizacja filtrów RF

Podczas gdy dla filtrów Butterwortha i filtrów o stałym współczynniku K dostępne są stosunkowo proste równania, inne formy filtrów wymagają bardziej skomplikowanych obliczeń.

Podejście do projektowania filtrów RF, które było stosowane od wielu lat, wykorzystuje tak zwane filtry znormalizowane. Zestaw zmiennych jest obliczany dla standardowego zestawu warunków, a następnie zestawiany w tabeli, gotowy do użycia i skalowania do wymaganych warunków.

Znormalizowany filtr miałby częstotliwość odcięcia 1 radiana na sekundę, tj. 0,159 Hz i impedancję 1 Ω. Wartości te można następnie bardzo łatwo przeskalować w celu użycia przy wymaganej częstotliwości i impedancji. W ten sposób żmudna i skomplikowana matematyka wymagana do projektowania filtrów RF została ograniczona do niewiele więcej niż określenie wymagań, a następnie znalezienie odpowiedniej tabeli wartości. Tabele są dostępne w różnych książkach, a nawet w Internecie.

Wymagania, które należy najpierw wybrać, obejmują takie parametry, jak typ filtra (Butterworth, Chebyshev itp.), Poziom tętnienia itp., Kolejność filtrów (tj. Liczba cewek i kondensatorów) itp.

Po ich wybraniu można znaleźć odpowiednią tabelę i określić wartości pierwiastków w filtrze.

Projektowanie i skalowanie filtrów RF

Po zrealizowaniu projektu filtra w jego znormalizowanej formie konieczne jest przekształcenie wartości na wymaganą częstotliwość i impedancję. W znormalizowanym formacie konstrukcja filtra ma odcięcie 0,159 Hz, czyli 1 radian na sekundę i jest zaprojektowany do pracy przy rezystancji obciążenia 1 Ω.

do =don2πfadoR

L=R  Ln2  π  fado

Gdzie:
C = rzeczywista wartość kondensatora
L = rzeczywista wartość induktora
Cn = znormalizowana wartość kondensatora
Ln = znormalizowana wartość induktora
R = wymagana wartość rezystora obciążenia
fc = wymagana częstotliwość odcięcia

Proces projektowania filtra RF

Proces projektowania filtra RF obejmuje kilka etapów lub etapów. Postępowanie zgodnie z powyższymi wskazówkami pomaga zaprojektować filtr RF w logiczny sposób. Te kroki dotyczą konstrukcji filtra dolnoprzepustowego - dalsze etapy przenoszenia tego na filtr górnoprzepustowy lub pasmowoprzepustowy są podane na następnych stronach.

Chociaż niektóre programy komputerowe mogą umożliwiać bezpośrednie projektowanie, często projektowanie przy użyciu tabel itp. Jest nadal szeroko stosowane. Jeśli używany jest program komputerowy, proces projektowania filtra można odpowiednio zmodyfikować.

  1. Zdefiniuj potrzebną odpowiedź: Pierwszym etapem procesu jest faktyczne zdefiniowanie wymaganej odpowiedzi. Elementy takie jak punkt odcięcia, tłumienie w danym punkcie itp.
  2. Normalizuj częstotliwości: Aby móc korzystać z różnych tabel i wykresów krzywych filtrów, konieczne jest przekonwertowanie wszystkich częstotliwości tak, aby punkt odcięcia wynosił 1 radio na sekundę, a wszelkie inne punkty były względem niego.
  3. Określ maksymalne tętnienie pasma przepustowego: Jednym z głównych kroków w projekcie filtra RF jest zrozumienie, ile tętnień w paśmie może być tolerowanych. Im więcej tętnień, tym wyższy poziom selektywności, jaki można uzyskać. Im większa selektywność, tym szybsze będzie przejście od pasma przepustowego do ostatecznego wycofania.
  4. Dopasuj wymagane krzywe tłumienia z krzywymi z filtra: Dzięki znajomości charakterystyk, zarówno pod względem tętnienia, jak i tłumienia wymaganego w poszczególnych punktach, można określić typ filtra, a także kolejność lub liczbę elementów wymaganych w projekcie filtra.
  5. Określ wartości elementów: Używając odpowiednich tabel przeglądowych, można określić znormalizowane wartości komponentów filtru
  6. Skaluj znormalizowane wartości: Wreszcie wartości należy przeskalować dla wymaganej częstotliwości i rezystancji odcięcia.

Wartości i krzywe filtrów można znaleźć w wielu książkach o projektowaniu filtrów, w tym w „Handbook of Filter Synthesis” autorstwa Zvrev, pub Wiley.

Obecnie wiele programów lub aplikacji do projektowania obwodów i projektowania filtrów jest dostępnych online lub do pobrania.

Korzystając z tych aplikacji, często istnieje możliwość bezpośredniego wprowadzenia wymagań i pojawienia się projektu. Jednak nadal wskazana jest możliwość zrozumienia procesu projektowania na podstawie podstawowych zasad, dzięki czemu można lepiej zrozumieć ograniczenia wynikające z kompromisów.

Zrozumienie podstaw projektowania filtrów RF nie tylko umożliwia zaprojektowanie filtrów, ale nawet jeśli nie zostanie podjęty rzeczywisty projekt, zapewnia lepszy wgląd w proces i specyfikację samych filtrów.


Obejrzyj wideo: Podstawy projektowania i implementacji baz danych - Wykład - IT Szkoła (Może 2022).