Типы фильтров, области их применения
Фильтр – это устройство, которое используется для выделения необходимых компонентов спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных.
Различаются следующие основное типы фильтров:
- Фильтры, которые используются в обработке сигналов делятся на рекурсивные и нерекурсивные, аналоговые и цифровые, линейные и нелинейные, активные и пассивные.
- По виду передаточной функции различают эллиптические фильтры, фильтры Чебышева, фильтры Баттерворта и фильтры Бесселя.
- По частоте пропускания выделяются следующие типы фильтров: фильтры верхних частот, фильтры нижних частот, фазовые фильтры, режекторные фильтры и полосно-пропускающие фильтры.
- Фильтры широко используются в радиоустройствах, системах многоканальной связи, телемеханики, устройствах автоматики, радиоизмерительной технике, то есть везде, где осуществляется передача электрических сигналов при наличии мешающих шумов и сигналов, которые отличаются от электрических сигналов частотным составом.
Полоса пропускания – это область частот, в которой лежат составляющие, пропускаемые фильтром.
Свойства фильтра определяются относительной величиной вносимого им затухания в составляющие спектра электрических колебаний.
Сверхвысокочастотные фильтры
На сверхвысоких частотах сосредоточенные составляющие, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, почти не используются, потому что с ростом частоты их стандартные номиналы, а следовательно, и размеры, уменьшаются до такой степени, что их изготовление становится практически невозможным. На данных частотах используются сверхвысокочастотные фильтры (фильтры с распределенными параметрами), в которых активная нагрузка, емкость и индуктивность неравномерно или равномерно распределены по всей линии. Конструкции сверхвысокочастотных фильтров разнообразны, а выбор конкретного исполнения зависит от предъявляемых к фильтру требований (расположение паразитных полос пропускания, значение рабочих частот, максимальное затухание в полосе задержания, добротность). Процесс проектирования сверхвысокочастотных фильтров является сложным и состоит из двух основных этапов:
- Получение электрических параметров, на основании требований к конечному изделию.
- Получение габаритных параметров, на основании ранее полученных электрических параметров.
В основе современных методов проектирования фильтров лежит теория связанных резонаторов.
В технике сверхвысоких частот во многих случаях фильтры реализуются на основе отрезков линий передачи (полосковые линии, металлические волноводы, коаксиальные кабели), которые представляют собой распределенные колебательные системы. В диапазоне от 100 мегагерц до 10 гигагерц используются шпилечные, гребенчатые, ступенчатые, стержневые фильтры из полосковых резонаторов. Волноводные фильтры могут быть использованы в сантиметровом диапазоне, в котором их конструктивное исполнение приемлемо. В метровом и дециметровом диапазонах в большинстве случаев используются коаксиальные фильтры. Полосковые фильтры нашли свое применение в сантиметровом и дециметровом диапазонах. По конструктивном исполнению, помимо перечисленных ранее, различают индуктивно-емкостные, резонаторные, диэлектрические резонаторные фильтры, а также пьезофильтры.
Индуктивно-емкостные фильтры используются в диапазонах низких частот до 2 гигагерц. Конструктивно они представляют собой традиционные колебательный контур - стандартная печатная плата с конденсатором и катушкой индуктивности. Их относительно небольшие размеры позволяют использовать их в портативных устройства, например, мобильных телефонах. Также они могут быть использованы в качестве согласующего звена с активными компонентами, например, в блоках питания для подавления паразитных гармоник. Главный недостаток индуктивно-емкостных фильтров - высокие внутренние потери, минимизируемые за счет правильного подбора величин емкости и индуктивности.
Резонаторные фильтры применяются на мощных ретрансляторах и базовых станциях. Изготавливаются данные, в большинстве случаев, фильтры из металла, но также могут быть сделаны из керамических диэлектрических материалов. Диапазон частот металлических резонаторных фильтров определяется их высотой, чем она выше, тем ниже пропускаемый диапазон частот. Диэлектрические резонаторные фильтры также могут быть использованы в ретрансляторах системы связи и на базовых станциях. Как правило, используются они в качестве полосковых фильтров, определяющих рабочий диапазон частот всей системы. Амплитудно-частотная характеристика таких фильтров имеет высокую крутизну спада при низких внутренних потерях, что обеспечивает высокий уровень защиты от интерференции.
