5. Электрические фильтры
5.1. Общие положения
Электрические фильтры служат для разделения (селекции) сигнала по спектру частот.
Виды селекции сигналов:
1.Временная селекция. Активно применяют с цифровых системах.
2.Амплитудная селекция. Селектор имеет пороги по которым отбирает сигналы.
3.Частотная селекция. Выделение сигнала по спектру частот.
4.Селекция по форме сигнала (прямоугольные, синусоидальные сигналы, и т.д.)
5.Пространственная селекция. В радиоканале осуществляется за счет использования направленных антенн, в кабеле за счет использования отдельных пар/волокон)
Рассмотрим электрические фильтры.
Электрические фильтры различают:
По полосам пропускания, или «окно прозрачности», в нем желательно иметь затухание равным нулю.
По полосам непропускания, или «окно непрозрачности», в нем желательно иметь затухание стремящимся к бесконечности.
Основные характеристики электрических фильтров:
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)
Фазо-частотная характеристика (ФЧХ)
Характеристическое сопротивление
В соответствии с АЧХ различают ФВЧ и ФНЧ.
На АЧХ различают полосу пропускания и полосу непропускания, граница между этими областями называется частотой среза.
Фильтры
Рис. 5.1 Идеальный фильтр
Хотелось бы иметь фильтр с прямоугольной АЧХ. Такая АЧХ изображена на рисунке 5.1.
Существует условие Пейли Винера которое говорит, что Теоретически создать фильтр с идеально прямоугольной характеристикой невозможно.
На рисунках 5.2-5.7 показаны АЧХ соответсвующих фильтров
Рис. 5.2 Фильтр нижних частот (ФНЧ)
Рис. 5.3 Фильтр верхних частот (ФВЧ)
Рис. 5.4 Полосно пропускающий фильтр (ППФ)
Рис. 5.5 Полосно заграждающий фильтр (ПЗФ)
Многополосные фильтры
Рис. 5.6 Полосно пропускающий фильтр (ППФ)
Рис. 5.7 Полосно заграждающий фильтр (ПЗФ)
5.2 Классификация фильтров
Классификация по схемным решениям:
Цепочные (каскадные)
Мостовые
Активные
Пассивные
Согласованные
Цифровые
Классификация по элементной базе:
LC
RC
ARC
Согласованные
Цифровые
При анализе электрических фильтров рассматривают две задачи:
1. Анализ по характеристическим параметрам
2. Синтез фильтра по рабочим параметрам
При анализе фильтров чаще всего рассматривают собственные параметры фильтра, считая, что фильтр нагружен согласованно.
Рассмотрим фильтры с собственным затуханием и нагруженные согласовано
Основными схемами считаются Т и П звенья.
Считают что в Т звене в поперечной ветви включено Z2, а в П звене в продольной ветви Z1. В цепочных электрических фильтрах различают сопротивления Zт и Zп. Все характеристические сопротивления ZТ в звеньях и полузвеньях д.б. равны между собой. Все характеристические сопротивления Zп в звеньях и полузвеньях д.б. равны между собой. Можно показать, что эти требования (требование равенство соответствующих характеристических сопротивлений) требуют соответствующих коэффициентов при сопротивлениях Z1 и Z2 как показано на рисунке 5.8.