Kaip plyšio filtrai pašalina stiprius trikdžių signalus tam tikromis dažnių reikšmėmis

Greitai plėtojamoje belaidžių ryšių ekosistemoje elektromagnetinis spektras tampa vis labiau užimtas. Kartu diegiant 5G tinklus, IoT įrenginius, palydovinio ryšio sistemas, radarus ir transliacijos paslaugas RF bendravimas tapo viena iš svarbiausių RF inžinierių problemų.

Vienas didžiausių sutrikdymų šioje aplinkoje yra imtuvo jautrumo sumažėjimas (arba imtuvo bloškimas). Tai įvyksta, kai stiprus, netikrintas signalas tam tikru dažniu prasiskverbia į imtuvo sistemą, sotindamas žemo triukšmo stiprintuvą (LNA) ar maišytuvą ir padarydamas imtuvą negebantį aptikti silpnesnių, pageidaujamų signalų.

Šiam reiškiniui įveikti RF inžinieriai remiasi aukštos kokybės filtravimo sprendimais. Tarp jų išsiskiria nulio dažnio filtras (dar vadinamas juostos uždraudimo arba juostos atmetimo filtru), kuris veikia kaip tikslus chirurginis įrankis. Šiame straipsnyje nagrinėjama, kaip nulio dažnio filtrai pašalina stiprius trikdžius tam tikrais dažniais, išsamiai analizuojamos pagrindinės inžinerinės principai ir pabrėžiamos pažangios ertminio nulio dažnio filtro konstrukcijos, kurias sukūrė „Jiaxing Ruishang Electronics Co., Ltd.“ (RSwave), sprendžiančios esminius trikdžių problemas šiuolaikinėse RF sistemose.

Nulio dažnio filtro supratimas: tikslus spektrinis įrankis

Skirtingai nuo juostos pralaidžiojo filtro, kuris leidžia praeiti tik tam tikrą dažnių juostą ir slopina viską kitą, arba žemųjų / aukštųjų dažnių filtrų, kurie spektrą skiria vienoje kirpties dažnio vietoje, išpjovos filtras veikia priešingai. Jis beveik visus dažnius praleidžia su minimaliu nuostoliu, išskyrus labai lokalizuotą, siaurą dažnių juostą, kurią slopina iki labai žemų lygių.

Perdavimas (dB)
0 |-----------------\ \/----------------- (Pralaidžioji juosta)
| \ \/
| \ \/
| \ \/
-50 |---------------------\--o--\/--------------------- (Uždraustoji juosta / Išpjova)
| f0
+------------------------------------------------- Dažnis (Hz)

Pagrindiniai išpjovos filtro parametrai yra:

1. Vidurio dažnis (f0): Tikslus dažnis, kuriame slopinimas (atmetimas) yra maksimalus.
2. Atmetimo gylis (dB): Signalų slopinimo dydis esant f0. Aukšto triukšmo aplinkoje dažnai reikalingas atmetimo gylis nuo 40 dB iki 80 dB ar daugiau.
3. Pralaidos juostos įterpimo nuostoliai (dB): Nuostoliai, kuriuos patiria pageidaujami signalai už užkardos juostos. Idealiai šie nuostoliai turėtų būti kuo arčiau 0 dB (paprastai < 1,0 dB aukštos kokybės ertminiuose filtruose), kad būtų išvengta signalo pablogėjimo.
4. Q-faktorius (kokybės faktorius): Santykis tarp centrinės dažnio ir 3 dB juostos pločio (Q = f₀ / Δf). Aukštesnis Q-faktorius reiškia siauresnę ir aštresnę užkardą, leidžiančią filtrui pašalinti triukšmą labai arti pageidaujamos ryšio kanalo dažnių juostos, nepaveikiant paties kanalo.

Kaip užkardos filtrai pašalina triukšmą: atmetimo mechanika

Norint suprasti, kaip užkardos filtras pašalina stiprų triukšmą, reikia ištirti, kaip jis sąveikauja su RF signalų grandine.

Kai kurio stipraus trukdžio siųstuvo esant arti jautraus imtuvo, siųstuvo iš juostos emisijos arba pagrindinė dažnio harmonika gali „užlieti“ imtuvą. Net jei trukdžio dažnis yra už imtuvo darbo juostos ribų, pakankamai stiprus signalas gali privesti imtuvo priimamosios grandinės stiprintuvą (LNA) į netiesinę veikimo zoną (suspaudimą). Tai sukelia tarpmoduliacinį iškraipymą (IMD) ir staigų imtuvo triukšmo lygio pakilimą.

[Antena] --- [ Rezoniaus filtras (RSwave) ] --- [ LNA / Imtuvo priimamoji grandinė ]
|
(Sumažina stiprią
trukdžio bangą dažniu f0;
praleidžia norimą dažnių juostą)

Įdėjus RF rezoniaus filtrą tiesiogiai tarp antenos ir imtuvo priimamosios grandinės, įeinančio spektro charakteristikos keičiamos:

• Trukdžio energijos atspindėjimas: Rezoniaus filtras veikia kaip impedanso neatitikimas (aukštas VSWR) nepageidaujamame dažnyje (f0f_0f0​). Vietoj to, kad įeitų į imtuvą, trukdžio signalo energija atspindima atgal arba išsisklaidoma filtro konstrukcijoje.
• Pageidžiama norimi signalai: norimose dažnių srityse filtras pateikia pritaikytą impedansą (dažniausiai 50 Ω), leisdamas signalams beveik nepastebimos nuostolos pereiti į LNA.

Skylutinių išpjovos filtrų vaidmuo aukšto našumo sistemose

Reikalaujamosioms pramonės, telekomunikacijų ir gynybos aplikacijoms standartiniai susitelkimo elemento (LC) išpjovos filtrai dažnai nepakankami. LC filtrai turi žemesnį Q faktorių, didesnius įterpimo nuostolius ir ribotą galios valdymo gebėjimą.
Čia ir tampa būtini skylutiniai išpjovos filtrai. Skylutiniai filtrai naudoja rezonuojančias metalines kameras, kad pasiektų išskliaustinai aukštą Q faktorių.

Kodėl skylutiniai dizainai yra geriausi :

• Išskliaustinai aukštas Q faktorius: skylutiniai rezonatoriai elektromagnetinę energiją kaupia su minimaliais nuostoliais, todėl jų perėjimo juostos yra itin statrios. Tai leidžia inžinieriams įrengti gilų išpjovą tiesiai šalia apsaugos juostos.
• Mažas įterpimo nuostolis: Naudojant sidabruotus vidinius paviršius ir aukštos laidumo metalus, ertminiai išpjovos filtrai minimaliai sumažina pralaidumo juostos įterpimo nuostolį, taip išsaugodami sistemos ryšio biudžetą.
• Didelis galingumas: Ertminiai rezonatoriai gali tvarkyti RF galvą nuo dešimčių vatų iki kilovatų be šiluminio sužlugimo arba derinimo nukrypimo.

Realaus pasaulio taikymai: Kur išpjovos filtrai yra būtini

1. Bendros vietos stoties trikdžių mažinimas (lankstieji ryšiai ir viešosios saugos sistemoms)

Bendroje antenos vietoje keli siųstuvai ir priėmėjai bendrina tą pačią fizikinę bokšto ar stogo vietą. Pavyzdžiui, 450 MHz viešosios saugos siųstuvas gali lengvai sumažinti artimos LTE priėmėjo jautrumą. Tiksliai nustatytas ertminis išpjovos filtras, pritaikytas viešosios saugos siuntimo dažniui, gali būti įdiegtas prie LTE priėmėjo įėjimo, kad būtų pašalintas trikdys ir užtikrintas neperskaitomas lankstieji ryšiai.

2. Transliavimas ir televizijos baltosios erdvės apsauga

Didelės galios FM perdavimo įrenginiai (veikiantys dažnių ruože nuo 88 MHz iki 108 MHz) ir UHF televizijos stotys sukuria didelę radijo dažnio energiją. Šalia esančios belaidžių mikrofonų sistemos, mėgėjiškos radijo stotys ar siaurajuosčiai IoT imtuvai privalo naudoti įdubos filtrais, kad slopintų šiuos stiprius transliuojamus signalus.

3. Radarų ir palydovų žemės stočių apsauga

C juostos (3,7 GHz–4,2 GHz) palydovų imtuvai vis dažniau patiria trikdžius dėl naujai įdiegtų 5G C juostos perdavimo įrenginių. Aukštos kokybės ertminiai įdubos filtrai leidžia žemės stotims užblokuoti 5G nešėjų dažnius, tuo pat metu priimant silpnus palydovų žemyn nukreiptus signalus.

Tinkamo įdubos filtro parinkimas ir projektavimas

Tinkamo įdubos filtro parinkimas reikalauja atidžiai įvertinti keletą elektrinių ir mechaninių techninių charakteristikų:

„Jiaxing Ruishang Electronics Co., Ltd.“ (RSwave) specializuojamės pritaikytų RF ertminių filtrų, duplexerių ir išpjovos filtrų projektavime, modeliavime ir gamyboje. Naudojant pažangią 3D elektromagnetinio modeliavimo programinę įrangą (HFSS) ir tikslų apdirbimą, „RSwave“ sukuria filtrus, atitinkančius tiksliai nustatytus dažnių profilius, kad būtų užtikrinta optimali trikdžių slopinimo efektyvumas su minimaliu poveikiu gretimoms signalų juostoms.

Išvada

Kai spektras be perstojo plečiasi, spektrinė užtverstis tampa neišvengiamu reiškiniu. Stiprūs tam tikrų dažnių trukdžių signalai nebūtinai turi pabloginti sistemos veikimo. Tikslingai suprojektuotų įpjovos filtrų naudojimas leidžia RF specialistams tiksliai izoliuoti ir pašalinti trukdžių signalus, apsaugant jautrius imtuvus ir maksimaliai padidinant spektrinę naudingumą.

Aukštos patikimumo ryšių tinklams pasirinkti tinkamą filtro partnerį yra itin svarbu. „Jiaxing Ruishang Electronics Co., Ltd.“ (RSwave) siūlo išsamų aukšto Q faktoriaus ertminio tipo įpjovos filtrų, juostos stabdymo filtrų bei specialių RF komponentų asortimentą, kurie sukurti pagal aukščiausius pramonės standartus.

Norėdami susipažinti su visu mūsų RF filtravimo sprendimų asortimentu, peržiūrėti produktų technines charakteristikas arba aptarti individualaus projektavimo reikalavimus su mūsų inžinerine komanda, apsilankykite mūsų oficialiame interneto puslapyje adresu www.rswave.com .