المعرفة الأساسية بالفلاتر

21 Jun 2023

مرشح الخط عبارة عن دائرة ترشيح تتكون من السعة والحث والمقاومة. يمكن للمرشح أن يرشح بشكل فعال نقطة تردد معينة في خط الطاقة أو الترددات خارج نقطة التردد تلك ، ويحصل على إشارة قدرة ترددية محددة أو يلغي إشارة قدرة تردد محددة.

المرشح ، كما يوحي اسمه ، هو جهاز يقوم بتصفية الموجات. الموجة "هي مفهوم فيزيائي واسع للغاية ، وفي مجال التكنولوجيا الإلكترونية ، يقتصر مصطلح" الموجة "بشكل ضيق على وصف عملية تغيير قيم الكميات الفيزيائية المختلفة بمرور الوقت. يتم تحويل هذه العملية إلى دالة زمنية للجهد أو التيار من خلال عمل أجهزة الاستشعار المختلفة ، والمعروفة باسم شكل الموجة الزمنية للكميات المادية المختلفة ، أو كإشارة. ولأن "الوقت" المتغير المستقل هو قيمة مستمرة ، فإنه يطلق عليه إشارة الوقت المستمرة ، ويشار إليها أيضًا باسم الإشارة التناظرية . مع ظهور وتطور سريع للكمبيوتر الإلكتروني الرقمي (يشار إليه عادة باسم الكمبيوتر) ، من أجل تسهيل معالجة الكمبيوتر للإشارات ، ظهرت نظرية كاملة وطريقة لتحويل إشارات الوقت المستمرة إلى إشارات زمنية منفصلة بتوجيه من نظرية أخذ العينات. وهذا يعني أنه يمكن التعبير عن الإشارة التناظرية الأصلية فقط باستخدام قيم العينة للإشارة التناظرية الأصلية على سلسلة من نقاط تنسيق الوقت المنفصلة دون فقدان أي معلومات. نظرًا لأن مفاهيم الموجة والشكل الموجي والإشارة تعبر عن تغيرات في الكميات المادية المختلفة في العالم الموضوعي ، فهي بطبيعة الحال ناقلات لمختلف المعلومات التي يعتمد عليها المجتمع الحديث للبقاء على قيد الحياة.

يجب نقل المعلومات من خلال إرسال إشارات الموجة. قد تتعرض الإشارة للتشويه في كل مرحلة من مراحل توليدها وتحويلها وإرسالها بسبب وجود البيئة والتداخل. في كثير من الحالات ، يكون هذا التشويه شديدًا ، مما يؤدي إلى دفن الإشارة والمعلومات التي تحملها بعمق في الضوضاء.

يعد المرشح أحد المكونات الأساسية الأساسية في أنظمة التردد اللاسلكي ، ويستخدم بشكل أساسي لاختيار التردد - مما يسمح لإشارة التردد المرغوبة بالمرور عبر إشارات تردد التداخل غير المرغوب فيها وتعكسها.

المثال الكلاسيكي لتطبيق المرشح هو واجهة المستقبل أو المرسل ، كما هو موضح في الشكل:

من الشكل ، يمكن ملاحظة أن المرشحات تستخدم على نطاق واسع في أجزاء RF و IF والنطاق الأساسي للمستقبلات. على الرغم من استخدام المرشحات الرقمية لتحل محل المرشحات التناظرية في النطاق الأساسي أو حتى أجزاء التردد المتوسط لتطوير التكنولوجيا الرقمية ، إلا أن المرشحات في جزء التردد اللاسلكي لا تزال غير قابلة للاستبدال. لذلك ، تعد المرشحات أحد المكونات الأساسية الأساسية في أنظمة التردد اللاسلكي.

هناك طرق عديدة لتصنيف المرشحات.

على سبيل المثال:

يمكن تقسيم الخصائص المختارة بالتردد إلى: تمرير منخفض ، تمرير عالي ، تمرير نطاق ، مرشح شريط توقف ، إلخ ؛ وفقًا لوظائف استجابة التردد المختلفة ، يمكن تقسيمها إلى: Chebyshev ، Chebyshev المعمم ، Butterworth ، Gauss ، دالة بيسل ، دالة إهليلجية ، إلخ.

يمكن تقسيمها إلى مرشح LC ، مرشح SAW / BAW ، مرشح حلزوني ، مرشح عازل ، مرشح تجويف ، مرشح الموصلية الفائقة بدرجة حرارة عالية ومرشح هيكل مستوي وفقًا لوضع التنفيذ.

بالنسبة لتصنيفات المرشحات المختلفة ، يتمثل النهج الرئيسي في وصف الخصائص المختلفة للمرشحات بناءً على متطلباتها المحددة.

تصف طرق تصنيف المرشحات العديدة الميزات المتنوعة للفلاتر ، والتي تعكس مجتمعة الحاجة إلى دراسة شاملة لمتطلبات المرشح في التطبيقات الهندسية العملية. بمعنى ، عند التصميم لاحتياجات المستخدم ، من الضروري مراعاة احتياجات المستخدم بشكل شامل.

عند تحديد مرشح ، فإن أول شيء يجب تحديده هو استخدام مرشحات تمرير منخفض أو تمرير عالي أو ممر نطاق أو مرشحات نطاق الموجة.

أدناه ، سنقدم أولاً خصائص استجابة التردد وتأثيراتها على التمرير العالي والتمرير المنخفض وتمرير النطاق وتوقف النطاق ، والتي يتم تصنيفها وفقًا للخصائص المختارة حسب التردد.

أكثر الفلاتر شيوعًا هي المرشحات ذات التمرير المنخفض والممر الموجي. يستخدم التمرير المنخفض على نطاق واسع في قمع الصورة في قسم الخلاط والقمع التوافقي في قسم مصدر التردد.

يستخدم ممر النطاق على نطاق واسع في اختيار الإشارة في الطرف الأمامي للمستقبل ، وقمع ضوضاء مكبر الصوت اللاحق في المرسل ، وقمع ضوضاء مصدر التردد.

تُستخدم المرشحات على نطاق واسع في أنظمة الموجات الدقيقة وأنظمة التردد اللاسلكي ، وكمكون وظيفي ، يجب أن تكون هناك مؤشرات أداء كهربائية مقابلة لوصف متطلبات أداء النظام لهذا المكون.

بالتوافق مع سيناريوهات التطبيق المختلفة ، هناك متطلبات مختلفة لبعض خصائص الأداء الكهربائي للمرشحات. المؤشرات الفنية التي تصف الأداء الكهربائي للمرشحات تشمل: الترتيب (سلسلة) ، عرض النطاق الترددي المطلق / النطاق الترددي النسبي ، تردد القطع ، الموجة الواقفة ، إخماد النطاق خارج النطاق ، التموج ، الفقد ، تسطيح نطاق التمرير ، خطية الطور ، تأخير المجموعة المطلق ، تذبذب تأخير المجموعة وقدرة الطاقة واتساق الطور واتساق الاتساع ونطاق درجة حرارة التشغيل.

فيما يلي شرح لمؤشرات الأداء الكهربائي للمرشح واحدًا تلو الآخر.

الترتيب (سلسلة): بالنسبة لمرشحات التمرير العالي والمنخفض ، يكون الترتيب هو مجموع عدد المكثفات والمحثات في المرشح. بالنسبة لمرشحات تمرير النطاق ، يكون الترتيب هو إجمالي عدد الرنانات المتوازية ؛ بالنسبة لمرشح Band-stop ، يكون الترتيب هو إجمالي عدد الرنانات المتسلسلة والمتوازية

الرنانات.

عرض النطاق الترددي المطلق / عرض النطاق النسبي: يستخدم هذا المؤشر عادة لمرشحات ممر النطاق ، التي تحدد نطاق تردد الإشارة الذي يمكن أن يمر عبر المرشح ويعكس اختيار تردد المرشح. عرض النطاق النسبي هو النسبة المئوية لعرض النطاق المطلق للتردد المركزي.

تردد القطع: عادة ما يتم استخدام تردد القطع لمرشحات التمرير العالي والمنخفض. بالنسبة لمرشحات التمرير المنخفض ، يحدد الحد الأقصى نطاق التردد الذي يمكن للمرشح المرور خلاله ؛ بالنسبة لمرشحات التمرير العالي ، يمثل تردد القطع أقل نطاق تردد يمكن للمرشح المرور خلاله.

الموجة الدائمة: تمثل S11 المقاسة بواسطة شبكة المتجه درجة المطابقة بين ممانعة منفذ المرشح والمقاومة المطلوبة للنظام. يشير إلى عدد إشارات الإدخال التي تفشل في دخول المرشح وتنعكس مرة أخرى في نهاية الإدخال.

الخسارة: تمثل الخسارة الطاقة المفقودة بواسطة إشارة بعد المرور عبر مرشح ، وهي الطاقة التي يستهلكها المرشح.

تسطيح نطاق المرور: القيمة المطلقة للفرق بين الحد الأقصى للخسارة والحد الأدنى للخسارة ضمن نطاق نطاق التمرير الخاص بالفلتر. وصف الفرق في استهلاك الطاقة للفلاتر للإشارات ذات الترددات المختلفة.

كبت خارج النطاق: "التوهين" الذي يتجاوز مدى تردد نطاق التمرير للمرشح. وصف قدرة المرشح على تحديد إشارات التردد غير المرغوب فيها. التموج: الفرق بين القمم والوديان لتذبذب منحنى S21 ضمن نطاق تمرير المرشح.

خطية الطور: فرق الطور بين الطور ضمن مدى تردد نطاق التمرير للمرشح وخط إرسال بتأخير يساوي التردد المركزي. وصف خصائص تشتت المرشحات.

تأخير المجموعة المطلق: الوقت المستغرق لإرسال إشارة من منفذ الإدخال إلى منفذ الإخراج ضمن نطاق نطاق المرور للمرشح.

تذبذب تأخير المجموعة: الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى لتأخير المجموعة المطلق ضمن مدى نطاق التمرير للمرشح. وصف خصائص تشتت المرشحات.

قدرة الطاقة: أقصى طاقة لإشارة نطاق المرور التي يمكن إدخالها في المرشح. اتساق المرحلة: الفرق في مرحلة إشارات الإرسال بين المرشحات المختلفة في نفس الدفعة ونفس المؤشر. وصف الاختلافات (التناسق) بين مرشحات الدُفعات.

اتساق الاتساع: الفرق في فقد إشارة الإرسال بين المرشحات المختلفة في نفس الدفعة ونفس المؤشر. وصف الاختلافات (التناسق) بين مرشحات الدُفعات.

قدرة الطاقة: أقصى طاقة لإشارة نطاق المرور التي يمكن إدخالها في المرشح.

اتساق المرحلة: الفرق في مرحلة إشارات الإرسال بين المرشحات المختلفة في نفس الدفعة ونفس المؤشر. وصف الاختلافات (التناسق) بين مرشحات الدُفعات.

العلامات :