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Conhecimento básico de filtros
21 Jun 2023

O filtro de linha é um circuito de filtro composto por capacitância, indutância e resistência. Um filtro pode efetivamente filtrar um ponto de frequência específico na linha de energia ou frequências fora desse ponto de frequência, obtendo um sinal de potência de frequência específico ou eliminando um sinal de potência de frequência específico.


Um filtro, como o nome sugere, é um dispositivo que filtra as ondas. Onda "é um conceito físico muito amplo e, no campo da tecnologia eletrônica", onda "está estritamente limitada a descrever o processo de variação dos valores de várias quantidades físicas ao longo do tempo. Esse processo é convertido em uma função de tempo de tensão ou corrente através da ação de vários sensores, conhecidos como a forma de onda de tempo de várias quantidades físicas, ou como um sinal. Como a variável independente 'tempo' é um valor contínuo, é chamada de sinal de tempo contínuo, também comumente referido como sinal analógico . Com o surgimento e rápido desenvolvimento da tecnologia de computador eletrônico digital (comumente referido como computador), a fim de facilitar o processamento de sinais por computador, surgiu uma teoria completa e um método de transformação de sinais de tempo contínuo em sinais de tempo discreto sob a orientação do teorema da amostragem. Ou seja, o sinal analógico original pode ser expresso usando apenas os valores de amostra do sinal analógico original em uma série de pontos de coordenadas de tempo discretos sem perder nenhuma informação. Uma vez que os conceitos de onda, forma de onda e sinal expressam mudanças em várias quantidades físicas no mundo objetivo, eles são naturalmente portadores de várias informações das quais a sociedade moderna depende para sobreviver.


A informação precisa ser transmitida através da transmissão de sinais de forma de onda. O sinal pode sofrer distorção em todos os estágios de sua geração, conversão e transmissão devido à presença de ambiente e interferência. Em muitos casos, essa distorção é até severa, fazendo com que o sinal e as informações que ele carrega sejam profundamente enterrados no ruído.
O filtro é um dos principais componentes essenciais em sistemas de RF, usado principalmente para seleção de frequência - permitindo que o sinal de frequência desejado passe e reflita sinais de frequência de interferência indesejados.
Um exemplo clássico de aplicação de filtro é o front-end do receptor ou transmissor, conforme a figura:

A partir da figura, pode-se ver que os filtros são amplamente utilizados nas partes de RF, IF e banda base dos receptores. Embora os filtros digitais tenham sido usados ​​para substituir filtros analógicos na banda base ou até mesmo partes de frequência intermediária do desenvolvimento da tecnologia digital, os filtros na parte de RF ainda são insubstituíveis. Portanto, os filtros são um dos principais componentes essenciais em sistemas de RF.


Existem muitos métodos para classificar filtros.
Por exemplo:
As características selecionadas por frequência podem ser divididas em: passa-baixa, passa-alta, passa-banda, filtro de parada de banda, etc;De acordo com diferentes funções de resposta de frequência, pode ser dividida em: Chebyshev, Chebyshev generalizado, Butterworth, Gauss, Função de Bessel, função elíptica, etc.
Pode ser dividido em filtro LC, filtro SAW/BAW, filtro espiral, filtro dielétrico, filtro de cavidade, filtro de supercondutividade de alta temperatura e filtro de estrutura plana de acordo com o modo de implementação.


Para diferentes classificações de filtros, a abordagem principal é descrever as diferentes características dos filtros com base em seus requisitos específicos.

Os numerosos métodos de classificação de filtros descrevem as diversas características dos filtros, que refletem coletivamente a necessidade de consideração abrangente dos requisitos do filtro em aplicações práticas de engenharia. Ou seja, ao projetar para as necessidades do usuário, é necessário considerá-las de forma abrangente.
Ao selecionar um filtro, a primeira coisa a determinar é se usar filtros passa-baixa, passa-alta, passa-banda ou para-banda.


A seguir, apresentaremos primeiro as características de resposta em frequência e seus efeitos de passa-altas, passa-baixas, passa-faixa e parada de banda, que são classificados de acordo com as características selecionadas pela frequência.



Os filtros mais usados ​​são o passa-baixa e o passa-banda. A passagem baixa é amplamente usada na supressão de imagem na seção do mixer e na supressão de harmônicos na seção da fonte de frequência.

Bandpass é amplamente utilizado na seleção de sinal na extremidade frontal do receptor, supressão de ruído pós-amplificador no transmissor e supressão de ruído da fonte de frequência.
Os filtros são amplamente utilizados em sistemas de micro-ondas e radiofrequência e, como componente funcional, deve haver indicadores de desempenho elétrico correspondentes para descrever os requisitos de desempenho do sistema para esse componente.
Correspondendo a diferentes cenários de aplicação, existem diferentes requisitos para certas características de desempenho elétrico dos filtros. Os indicadores técnicos que descrevem o desempenho elétrico dos filtros incluem: ordem (série), largura de banda absoluta/largura de banda relativa, frequência de corte, onda estacionária, supressão fora da banda, ondulação, perda, nivelamento da banda passante, linearidade de fase, atraso de grupo absoluto, flutuação de atraso de grupo , capacidade de energia, consistência de fase, consistência de amplitude e faixa de temperatura operacional.


A seguir serão explicados os indicadores de desempenho elétrico do filtro, um por um.

Ordem (série): Para filtros passa-alta e passa-baixa, a ordem é a soma do número de capacitores e indutores no filtro. Para filtros passa-banda, a ordem é o número total de ressonadores paralelos; Para o filtro Band-stop, a ordem é o número total de ressonadores em série e paralelo
ressonadores.


Largura de banda absoluta/largura de banda relativa: Este indicador é geralmente usado para filtros passa-banda, caracterizando a faixa de frequência do sinal que pode passar pelo filtro e refletindo a seleção de frequência do filtro. A largura de banda relativa é a porcentagem da largura de banda absoluta para a frequência central.




Frequência de corte: A frequência de corte geralmente é usada para filtros passa-alta e passa-baixa. Para filtros passa-baixa, o corte caracteriza a maior faixa de frequência pela qual o filtro pode passar; Para filtros passa-alto, a frequência de corte representa a faixa de frequência mais baixa pela qual o filtro pode passar.


Onda estacionária: O S11 medido pela rede vetorial representa o grau de correspondência entre a impedância da porta do filtro e a impedância necessária do sistema. Indica quantos sinais de entrada não conseguem entrar no filtro e são refletidos de volta para a extremidade de entrada.



Perda: A perda representa a energia perdida por um sinal após passar por um filtro, que é a energia consumida pelo filtro.


Nivelamento da banda passante: O valor absoluto da diferença entre a perda máxima e a perda mínima dentro da faixa de banda passante do filtro. Caracterizar a diferença no consumo de energia dos filtros para sinais de diferentes frequências.


Supressão fora da banda: A "atenuação" além da faixa de frequência de banda passante do filtro. Caracterize a capacidade do filtro de selecionar sinais de frequência indesejados.Ondulação: A diferença entre os picos e vales da flutuação da curva S21 dentro da banda passante do filtro.


Linearidade de fase: A diferença de fase entre a fase dentro da faixa de frequência de banda passante do filtro e uma linha de transmissão com um atraso igual à frequência central. Caracterizar as características de dispersão dos filtros.


Atraso de grupo absoluto: O tempo necessário para que um sinal seja transmitido da porta de entrada para a porta de saída dentro da faixa de banda passante do filtro.


Flutuação de atraso de grupo: A diferença entre o atraso de grupo absoluto máximo e mínimo dentro do intervalo de banda passante do filtro. Caracterizar as características de dispersão dos filtros.


Capacidade de potência: A potência máxima do sinal de banda passante que pode ser inserida no filtro. Consistência de fase: A diferença na fase dos sinais de transmissão entre diferentes filtros no mesmo lote e no mesmo indicador. Caracterizar as diferenças (consistência) entre os filtros batch.


Consistência de amplitude: A diferença na perda de sinal de transmissão entre diferentes filtros no mesmo lote e no mesmo indicador. Caracterizar as diferenças (consistência) entre os filtros batch.


Linearidade de fase: A diferença de fase entre a fase dentro da faixa de frequência de banda passante do filtro e uma linha de transmissão com um atraso igual à frequência central. Caracterizar as características de dispersão dos filtros.


Atraso de grupo absoluto: O tempo necessário para que um sinal seja transmitido da porta de entrada para a porta de saída dentro da faixa de banda passante do filtro.


Flutuação de atraso de grupo: A diferença entre o atraso de grupo absoluto máximo e mínimo dentro do intervalo de banda passante do filtro. Caracterizar as características de dispersão dos filtros.


Capacidade de potência: A potência máxima do sinal de banda passante que pode ser inserida no filtro.


Consistência de fase: A diferença na fase dos sinais de transmissão entre diferentes filtros no mesmo lote e no mesmo indicador. Caracterizar as diferenças (consistência) entre os filtros batch.


Consistência de amplitude: A diferença na perda de sinal de transmissão entre diferentes filtros no mesmo lote e no mesmo indicador. Caracterizar as diferenças (consistência) entre os filtros batch.

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