RF и микроволновый фильтр - RF and microwave filter

Радиочастота (РФ) и микроволновая печь фильтры представляют собой класс электронный фильтр, предназначенный для работы с сигналами в мегагерц к гигагерц частотные диапазоны (средняя частота к чрезвычайно высокая частота ). Этот частотный диапазон используется большинством радиопередач, телевидения и беспроводной связи (мобильные телефоны, Вай фай и т. д.), и, следовательно, большинство РЧ- и СВЧ-устройств будут включать в себя какую-либо фильтрацию передаваемых или принимаемых сигналов. Такие фильтры обычно используются в качестве строительных блоков для дуплексеров и диплексеры для объединения или разделения нескольких частотных диапазонов.[1]

Функции фильтра

Желательны четыре общие функции фильтрации:

Технологии фильтрации

Как правило, большинство ВЧ- и СВЧ-фильтров чаще всего состоят из одного или нескольких связанных резонаторы, и, следовательно, любая технология, которая может быть использована для изготовления резонаторов, также может быть использована для изготовления фильтров. Разгруженный фактор качества используемых резонаторов обычно задают избирательность фильтр может добиться. Книга Маттеи, Янга и Джонса [2] дает хороший справочник по разработке и реализации ВЧ- и СВЧ-фильтров. Обобщенная теория фильтров оперирует резонансные частоты и коэффициенты связи связанных резонаторов в СВЧ-фильтре.

LC-фильтры с сосредоточенными элементами

Простейшей структурой резонатора, которую можно использовать в ВЧ- и СВЧ-фильтрах, является LC резервуарный контур состоящий из параллельных или последовательных катушек индуктивности и конденсаторов. Их преимущество в том, что они очень компактны, но фактор качества резонаторов приводит к относительно плохой работе.

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 недопустимо 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 контуре резервуара становятся слишком маленькими, чтобы их можно было использовать на практике. Поскольку электрическое реактивное сопротивление катушки индуктивности определенной индуктивности увеличивается линейно по отношению к частоте, на более высоких частотах для достижения такого же реактивного сопротивления может потребоваться недопустимо низкая индуктивность.

Планарные фильтры

Основная статья: Распределенный элементный фильтр

Планарные линии передачи, Такие как микрополоска, копланарный волновод и полоса, может также создавать хорошие резонаторы и фильтры и предлагать лучший компромисс с точки зрения размера и производительности, чем фильтры с сосредоточенными элементами.[нужна цитата ] Процессы, используемые для производства микрополосковых схем, очень похожи на процессы, используемые для производства печатные платы и эти фильтры имеют то преимущество, что они в основном плоские.

Прецизионные планарные фильтры производятся с использованием тонкопленочного процесса. Выше Q Факторы могут быть получены путем 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

Коаксиальный линии передачи обеспечивают более высокую фактор качества чем планарные линии передачи,[нужна цитата ] и поэтому используются, когда требуется более высокая производительность. В коаксиальных резонаторах могут использоваться материалы с высокой диэлектрической проницаемостью для уменьшения их общих размеров.

Полость фильтры

Все еще широко используемые в диапазоне частот от 40 до 960 МГц, хорошо сконструированные резонаторные фильтры обладают высокой избирательностью даже при мощности нагрузки не менее мегаватта.[3] Выше Q фактор качества, а также повышение стабильности работы на близкорасположенных (до 75 кГц) частотах может быть достигнуто 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 большей фактор качества чем сосредоточенные элементы резонаторов и фильтров.

Диэлектрические фильтры

Радиочастотный диэлектрический фильтр от мобильного телефона Motorola 1994 года

Шайбы из различных диэлектрик материалы 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 пьезоэлектрические материалы можно использовать 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 сути представляет собой срез пьезоэлектрического кристалла кварца, зажатого парой электродов. Эта технология ограничена несколькими десятками мегагерц. Для микроволновых частот используются тонкопленочные технологии, такие как поверхностная акустическая волна (ПАВ) и объемная акустическая волна (BAW) использовалась для фильтров.

Волноводный фильтр

Основная статья: волноводный фильтр

В вафельный фильтр это пример.

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.[4]

Примечания

  1. ^ http://www.rfcafe.com/vendors/components/filters.htm
  2. ^ Matthaei, George L .; Jones, E. L .; Молодой, Лео (1980). СВЧ-фильтры, схемы согласования импеданса и соединительные структуры. Дедхэм, Массачусетс: Книги Дома Artech. ISBN  0-89006-099-1.
  3. ^ Р. Лэй (15 февраля 1977 г.). "Фаза и групповая задержка мегаваттного диплексера Кассегрена S-диапазона и мегаваттного фильтра передачи S-диапазона" (PDF). Отчет о проделанной работе в сети Deep Space Network (DSN PR 42-37): 198–203.
  4. ^ https://www.researchgate.net/publication/322103358_A_new_Class_of_MET_based_Tunable_Microwave_Filters

внешняя ссылка