ВЧ- и СВЧ-фильтр

редактировать

Радиочастотный (ВЧ) и СВЧ фильтры представляют собой класс электронный фильтр, предназначенный для работы с сигналами в диапазонах частот от мегагерц до гигагерц (средняя частота до чрезвычайно высокая частота ). Этот частотный диапазон используется в большинстве радиовещательных, телевизионных и беспроводных коммуникаций (сотовые телефоны, Wi-Fi и т. Д.), Поэтому большинство радиочастотных и микроволновых устройств будут включать в себя фильтрацию передаваемых сигналов. или получил. Такие фильтры обычно используются в качестве строительных блоков для дуплексоров и диплексоров для объединения или разделения нескольких полос частот.

Содержание

  • 1 Функции фильтра
  • 2 Технологии фильтрации
    • 2.1 LC с сосредоточенными элементами фильтры
    • 2.2 Планарные фильтры
    • 2.3 Коаксиальные фильтры
    • 2.4 Резонаторные фильтры
    • 2.5 Диэлектрические фильтры
    • 2.6 Электроакустические фильтры
    • 2.7 Волноводный фильтр
    • 2.8 Фильтры на основе туннелирования энергии
  • 3 Примечания
  • 4 Внешние ссылки

Функции фильтра

Желательны четыре основные функции фильтра:

Технологии фильтрации

В общем, большинство ВЧ- и СВЧ-фильтров чаще всего состоят из одного или нескольких связанных резонаторов, и таким образом любой te Технологии, которые можно использовать для изготовления резонаторов, также могут быть использованы для изготовления фильтров. Ненагруженный коэффициент качества используемых резонаторов обычно устанавливает селективность, которую может достичь фильтр. Книга Matthaei, Young and Jones дает хороший справочник по проектированию и реализации ВЧ- и СВЧ-фильтров. Обобщенная теория фильтра работает с резонансными частотами и коэффициентами связи связанных резонаторов в микроволновом фильтре.

LC-фильтры с сосредоточенными элементами

Простейшей структурой резонатора, которая может использоваться в ВЧ- и СВЧ-фильтрах, является LC контур резервуара, состоящий из параллельных или последовательных катушек индуктивности и конденсаторов. Они имеют то преимущество, что они очень компактны, но низкий коэффициент качества резонаторов приводит к относительно плохим характеристикам.

LC-фильтры с сосредоточенными элементами имеют как верхний, так и нижний частотный диапазон. Поскольку частота становится очень низкой, в диапазоне от низких кГц до Гц размер индукторов, используемых в цепи резервуара, становится чрезмерно большим. Для решения этой проблемы часто используются фильтры очень низких частот. По мере того, как частота становится выше, в диапазоне 600 МГц и выше, индукторы в цепи резервуара становятся слишком маленькими, чтобы их можно было использовать на практике. Поскольку электрическое реактивное сопротивление катушки индуктивности с определенной индуктивностью увеличивается линейно по отношению к частоте, на более высоких частотах для достижения такого же реактивного сопротивления может потребоваться недопустимо низкая индуктивность.

Планарные фильтры

Планарные линии передачи, такие как микрополосковый, копланарный волновод и полосковая линия, также могут быть хорошими резонаторами. и фильтры, и предлагают лучший компромисс с точки зрения размера и производительности, чем фильтры с сосредоточенными элементами. Процессы, используемые для изготовления микрополосковых схем, очень похожи на процессы, используемые для изготовления печатных плат, и эти фильтры имеют то преимущество, что они в основном плоские.

Прецизионные планарные фильтры производятся с использованием тонкопленочного процесса. Более высокие коэффициенты добротности могут быть получены за счет использования диэлектрических материалов с низким тангенсом потерь для подложки, таких как кварц или сапфир, и металлов с более низким сопротивлением, таких как золото.

Коаксиальные фильтры

Коаксиальные линии передачи обеспечивают более высокий коэффициент качества, чем планарные линии передачи, и поэтому используются, когда требуется более высокая производительность. В коаксиальных резонаторах могут использоваться материалы с высокой диэлектрической проницаемостью для уменьшения их общих размеров.

Резонаторные фильтры

Все еще широко используемые в диапазоне частот от 40 МГц до 960 МГц, хорошо сконструированные резонаторные фильтры обладают высокой селективностью даже при нагрузках мощностью не менее мегаватта. Более высокий коэффициент качества Q , а также повышенная стабильность работы на близкорасположенных (до 75 кГц) частотах могут быть достигнуты за счет увеличения внутреннего объема полостей фильтра.

Физическая длина обычных резонаторных фильтров может варьироваться от более 205 см в диапазоне 40 МГц до менее 27,5 см в диапазоне 900 МГц.

В микроволновом диапазоне (1000 МГц и выше) резонаторные фильтры становятся более практичными с точки зрения размера и значительно более высокого коэффициента качества, чем резонаторы и фильтры с сосредоточенными элементами.

Диэлектрические фильтры

Радиочастотный диэлектрический фильтр из мобильного телефона Motorola 1994 года

Шайбы, изготовленные из различных диэлектрических материалов, также могут быть использованы для изготовления резонаторов. Как и в случае с коаксиальными резонаторами, можно использовать материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, чтобы уменьшить общий размер фильтра. Благодаря диэлектрическим материалам с низкими потерями они могут предложить значительно более высокие характеристики, чем другие технологии, рассмотренные ранее.

Электроакустические фильтры

Электроакустические резонаторы на основе пьезоэлектрических материалов могут использоваться для фильтров. Поскольку длина акустической волны на заданной частоте на несколько порядков меньше длины электрической волны, электроакустические резонаторы обычно меньше электромагнитных аналогов, таких как объемные резонаторы.

Типичным примером электроакустического резонатора является кварцевый резонатор, который по существу представляет собой срез пьезоэлектрического кристалла кварца, зажатый парой электродов. Эта технология ограничена несколькими десятками мегагерц. Для микроволновых частот для фильтров использовались тонкопленочные технологии, такие как поверхностная акустическая волна (SAW) и объемная акустическая волна (BAW).

Волноводный фильтр

вафельный фильтр является примером.

Фильтры на основе туннелирования энергии

Это новый класс настраиваемых микроволновых фильтров. Эти специальные фильтры могут быть реализованы на волноводах, SIW или на недорогих печатных платах и ​​могут быть настроены на любую более низкую или более высокую частоту с помощью переключателей, вставленных в соответствующих положениях для достижения широкого диапазона настройки.

Примечания

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-03 04:33:51
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте