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Grundkenntnisse über Filter
21 Jun 2023

Der Netzfilter ist ein Filterkreis bestehend aus Kapazität, Induktivität und Widerstand. Ein Filter kann einen bestimmten Frequenzpunkt in der Stromleitung oder Frequenzen außerhalb dieses Frequenzpunkts effektiv herausfiltern und so ein Leistungssignal mit einer bestimmten Frequenz erhalten oder ein Leistungssignal mit einer bestimmten Frequenz eliminieren.


Ein Filter ist, wie der Name schon sagt, ein Gerät, das Wellen filtert. „Welle“ ist ein sehr weit gefasster physikalischer Begriff, und im Bereich der elektronischen Technologie beschränkt sich „Welle“ eng auf die Beschreibung des Prozesses der zeitlichen Änderung der Werte verschiedener physikalischer Größen. Dieser Prozess wird in eine Zeitfunktion von Spannung oder Strom umgewandelt B. durch die Wirkung verschiedener Sensoren, bekannt als Zeitwellenform verschiedener physikalischer Größen oder als Signal. Da die unabhängige Variable „Zeit“ ein kontinuierlicher Wert ist, wird sie als kontinuierliches Zeitsignal bezeichnet, das üblicherweise auch als analoges Signal bezeichnet wird . Mit dem Aufkommen und der schnellen Entwicklung digitaler elektronischer Computertechnologie (allgemein als Computer bezeichnet) zur Erleichterung der Computerverarbeitung von Signalen, Es ist eine vollständige Theorie und Methode zur Umwandlung kontinuierlicher Zeitsignale in diskrete Zeitsignale unter Anleitung des Abtasttheorems entstanden. Das heißt, das ursprüngliche analoge Signal kann ohne Informationsverlust nur unter Verwendung der Abtastwerte des ursprünglichen analogen Signals an einer Reihe diskreter Zeitkoordinatenpunkte ausgedrückt werden. Da die Konzepte Welle, Wellenform und Signal Veränderungen verschiedener physikalischer Größen in der objektiven Welt ausdrücken, sind sie natürlich Träger verschiedener Informationen, auf die die moderne Gesellschaft zum Überleben angewiesen ist.


Informationen müssen durch die Übertragung von Wellenformsignalen übertragen werden. Das Signal kann in jeder Phase seiner Erzeugung, Umwandlung und Übertragung aufgrund von Umgebungseinflüssen und Störungen verzerrt werden. In vielen Fällen ist diese Verzerrung sogar schwerwiegend und führt dazu, dass das Signal und die darin enthaltenen Informationen tief im Rauschen versinken.
Der Filter ist eine der wesentlichen Schlüsselkomponenten in HF-Systemen und wird hauptsächlich zur Frequenzauswahl verwendet. Er ermöglicht den Durchgang des gewünschten Frequenzsignals und die Reflexion unerwünschter Störfrequenzsignale.
Ein klassisches Beispiel für eine Filteranwendung ist das Empfänger- oder Sender-Frontend, wie in der Abbildung dargestellt:

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass Filter in den HF-, ZF- und Basisbandteilen von Empfängern weit verbreitet sind. Obwohl im Zuge der Entwicklung der Digitaltechnik digitale Filter eingesetzt wurden, um analoge Filter im Basisband- oder sogar Zwischenfrequenzteil zu ersetzen, sind Filter im HF-Teil immer noch unersetzlich. Daher sind Filter eine der wesentlichen Schlüsselkomponenten in HF-Systemen.


Es gibt viele Methoden zur Klassifizierung von Filtern.
Zum Beispiel:
Die nach Frequenz ausgewählten Eigenschaften können unterteilt werden in: Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Bandsperrfilter usw.; Je nach Frequenzgangfunktion kann sie unterteilt werden in: Tschebyscheff, verallgemeinerter Tschebyscheff, Butterworth, Gauß, Bessel-Funktion, elliptische Funktion usw.
Es kann je nach Implementierungsmodus in LC-Filter, SAW/BAW-Filter, Spiralfilter, dielektrische Filter, Hohlraumfilter, Hochtemperatur-Supraleitungsfilter und Planstrukturfilter unterteilt werden.


Bei unterschiedlichen Filterklassifizierungen besteht der Hauptansatz darin, die unterschiedlichen Eigenschaften von Filtern anhand ihrer spezifischen Anforderungen zu beschreiben.

Die zahlreichen Klassifizierungsmethoden von Filtern beschreiben die vielfältigen Eigenschaften von Filtern, die in ihrer Gesamtheit die Notwendigkeit einer umfassenden Berücksichtigung der Filteranforderungen in praktischen technischen Anwendungen widerspiegeln. Das heißt, beim Entwerfen für Benutzerbedürfnisse ist es notwendig, die Benutzerbedürfnisse umfassend zu berücksichtigen.
Bei der Auswahl eines Filters muss zunächst festgelegt werden, ob Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter verwendet werden sollen.


Im Folgenden stellen wir zunächst die Frequenzgangeigenschaften und ihre Auswirkungen von Hochpass, Tiefpass, Bandpass und Bandsperre vor, die entsprechend den nach Frequenz ausgewählten Eigenschaften klassifiziert werden.



Die am häufigsten verwendeten Filter sind Tiefpass und Bandpass. Tiefpass wird häufig zur Bildunterdrückung im Mischerbereich und zur Oberwellenunterdrückung im Frequenzquellenbereich eingesetzt.

Bandpass wird häufig zur Signalauswahl am vorderen Ende des Empfängers, zur Unterdrückung von Nachverstärkerrauschen im Sender und zur Unterdrückung von Frequenzquellenrauschen eingesetzt.
Filter werden häufig in Mikrowellen- und Hochfrequenzsystemen verwendet. Als Funktionskomponente müssen entsprechende elektrische Leistungsindikatoren vorhanden sein, um die Leistungsanforderungen des Systems für diese Komponente zu beschreiben.
Entsprechend unterschiedlicher Anwendungsszenarien bestehen unterschiedliche Anforderungen an bestimmte elektrische Leistungsmerkmale von Filtern. Zu den technischen Indikatoren, die die elektrische Leistung von Filtern beschreiben, gehören: Ordnung (Reihenfolge), absolute Bandbreite/relative Bandbreite, Grenzfrequenz, stehende Welle, Außerbandunterdrückung, Welligkeit, Verlust, Durchlassbandflachheit, Phasenlinearität, absolute Gruppenverzögerung, Gruppenverzögerungsschwankung , Leistungskapazität, Phasenkonsistenz, Amplitudenkonsistenz und Betriebstemperaturbereich.


Im Folgenden werden die elektrischen Leistungsindikatoren des Filters einzeln erläutert.

Ordnung (Reihenfolge): Bei Hochpass- und Tiefpassfiltern ist die Ordnung die Summe der Anzahl der Kondensatoren und Induktivitäten im Filter. Bei Bandpassfiltern ist die Reihenfolge die Gesamtzahl der Parallelresonatoren; Bei Bandsperrfiltern ist die Reihenfolge die Gesamtzahl der Serien- und Parallelresonatoren
Resonatoren.


Absolute Bandbreite/relative Bandbreite: Dieser Indikator wird normalerweise für Bandpassfilter verwendet. Er charakterisiert den Signalfrequenzbereich, der durch den Filter passieren kann, und spiegelt die Frequenzauswahl des Filters wider. Die relative Bandbreite ist der Prozentsatz der absoluten Bandbreite zur Mittenfrequenz.




Grenzfrequenz: Die Grenzfrequenz wird normalerweise für Hochpass- und Tiefpassfilter verwendet. Bei Tiefpassfiltern charakterisiert die Grenzfrequenz den höchsten Frequenzbereich, den das Filter passieren kann; Bei Hochpassfiltern stellt die Grenzfrequenz den niedrigsten Frequenzbereich dar, den das Filter passieren kann.


Stehende Welle: Der vom Vektornetzwerk gemessene S11 stellt den Grad der Übereinstimmung zwischen der Filteranschlussimpedanz und der erforderlichen Impedanz des Systems dar. Gibt an, wie viele Eingangssignale den Filter nicht erreichen und zum Eingangsende zurückreflektiert werden.



Verlust: Der Verlust stellt die Energie dar, die ein Signal nach dem Durchlaufen eines Filters verliert, also die vom Filter verbrauchte Energie.


Durchlassbandflachheit: Der absolute Wert der Differenz zwischen dem maximalen Verlust und dem minimalen Verlust innerhalb des Durchlassbandbereichs des Filters. Charakterisieren Sie den Unterschied im Energieverbrauch von Filtern für Signale unterschiedlicher Frequenz.


Unterdrückung außerhalb des Bandes: Die „Dämpfung“ außerhalb des Durchlassfrequenzbereichs des Filters. Charakterisieren Sie die Fähigkeit des Filters, unerwünschte Frequenzsignale auszuwählen. Welligkeit: Die Differenz zwischen den Spitzen und Tälern der S21-Kurvenschwankung innerhalb des Durchlassbands des Filters.


Phasenlinearität: Die Phasendifferenz zwischen der Phase innerhalb des Durchlassfrequenzbereichs des Filters und einer Übertragungsleitung mit einer Verzögerung gleich der Mittenfrequenz. Charakterisieren Sie die Dispersionseigenschaften von Filtern.


Absolute Gruppenverzögerung: Die Zeit, die benötigt wird, bis ein Signal innerhalb des Durchlassbereichs des Filters vom Eingangsport zum Ausgangsport übertragen wird.


Schwankung der Gruppenverzögerung: Die Differenz zwischen der maximalen und minimalen absoluten Gruppenverzögerung innerhalb des Durchlassbereichs des Filters. Charakterisieren Sie die Dispersionseigenschaften von Filtern.


Leistungskapazität: Die maximale Leistung des Durchlassbandsignals, die in den Filter eingegeben werden kann. Phasenkonsistenz: Der Phasenunterschied der Übertragungssignale zwischen verschiedenen Filtern in derselben Charge und demselben Indikator. Charakterisieren Sie die Unterschiede (Konsistenz) zwischen Batch-Filtern.


Amplitudenkonsistenz: Der Unterschied im Übertragungssignalverlust zwischen verschiedenen Filtern in derselben Charge und demselben Indikator. Charakterisieren Sie die Unterschiede (Konsistenz) zwischen Batch-Filtern.


Phasenlinearität: Die Phasendifferenz zwischen der Phase innerhalb des Durchlassfrequenzbereichs des Filters und einer Übertragungsleitung mit einer Verzögerung gleich der Mittenfrequenz. Charakterisieren Sie die Dispersionseigenschaften von Filtern.


Absolute Gruppenverzögerung: Die Zeit, die benötigt wird, bis ein Signal innerhalb des Durchlassbereichs des Filters vom Eingangsport zum Ausgangsport übertragen wird.


Schwankung der Gruppenverzögerung: Die Differenz zwischen der maximalen und minimalen absoluten Gruppenverzögerung innerhalb des Durchlassbereichs des Filters. Charakterisieren Sie die Dispersionseigenschaften von Filtern.


Leistungskapazität: Die maximale Leistung des Durchlassbandsignals, die in den Filter eingegeben werden kann.


Phasenkonsistenz: Der Phasenunterschied der Übertragungssignale zwischen verschiedenen Filtern in derselben Charge und demselben Indikator. Charakterisieren Sie die Unterschiede (Konsistenz) zwischen Batch-Filtern.


Amplitudenkonsistenz: Der Unterschied im Übertragungssignalverlust zwischen verschiedenen Filtern in derselben Charge und demselben Indikator. Charakterisieren Sie die Unterschiede (Konsistenz) zwischen Batch-Filtern.

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