Како филтер за низак пролаз ЛЦ потисне хармонике из појачачача снаге за радио-функције?

Ујачивачи радио-фреквенцијске снаге повећавају снагу жељеног радио-фреквенцијског сигнала, али ниједан практичан појачивач није савршено линеарни. Када се транзистор покреће близу компресије, његово нелинеарно понашање генерише хармонике на целим кратнима основне фреквенције. На пример, преносач који ради на 100 МГц може да производи нежељену енергију на 200 МГц, 300 МГц и вишим фреквенцијама. Ако те хармонике стигну до антене, могу изазвати електромагнетне интерференције, кршити границе емисије, смањити спектралну ефикасност и узнемирити оближње пријемнике.

Филтер за низак пролаз ЛЦ је једно од најпрактичнијих решења. Изграђен од индуктора и кондензатора, он пролази потребну основну фреквенцију док ослабљава сигнале изнад своје граничне фреквенције. У РФ модулима, радио предавачима, телеметријској опреми, радарским подсистемима, сателитским терминалима, инструментима за тестирање и прилагођеним бежичним платформама, филтер се обично инсталира директно након појачачачања снаге РФ.

Зашто појачачи радије ФР генеришу хармонике

Савршено линеарни појачач би репродуковао улазни таласни облик на већој снази без промене његовог облика. Међутим, стварни РФ уређаји показују нелинеарну добитку, капацитанцу споја, варијацију пристрасности и засићеност. Како се излазна снага повећава, таласни облик постаје искривљен, а то искривљење се појављује у фреквентној области као хармонике.

Друга хармонична се јавља са два пута већим нивоом носача, трећа са три пута већим нивоом носача и тако даље. Њихови нивоа зависе од технологије транзистора, класе појачалаца, тачке пристрасности, излазне снаге, импедансног одговарања и модулације. Прелазни или високо компресирани појачачи могу да пруже високу ефикасност, али обично захтевају јаче хармоничко филтрирање.

Хармонике такође могу створити лажне одговоре у системима за мерење, спајати у навигационе или комуникационе канале и повећати стрес на компоненте доле. Уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно, уколико је потребно.

Како функционише филтер за низак пролаз ЛЦ

Филтер са ниским пролазом ЛЦ користи супротно фреквентно понашање индуктора и кондензатора. Индуктивна реактанца се повећава са фреквенцијом:

XL = 2πfL

Капацитивна реактанца пада с повећањем фреквенције:

ХЦ = 1/(2πfC)

У типичној топологији, серијски индуктори спречавају високофреквентну хармоничну струју, док шант кондензатори пружају пут ниске импеданце који одводи нежељену енергију према земљи. На основној фреквенцији, вредности се бирају како би се губитак уноса био низак, тако да појачивач може ефикасно преносити снагу на оптерећење.

Преко граничне фреквенције, атенуација се повећава у зависности од броја реактивних секција и одабраног одговора филтера. Мрежа вишаг реда обезбеђује стрмљи прелаз када је прва нежељена хармоника релативно близу потребног пролазног опсега.

Избор преграничне фреквенције

Фреквенција прекида мора бити довољно висока да прође жељени сигнал и његова модулацијска ширина опсега, али довољно ниска да ослаби најнижу важну хармонику. За носилац ускојази 100 МГц, границу се може поставити изнад опсеге заузет канал и знатно испод 200 МГц друге хармоничне.

За модулиране системе, дизајнери морају узети у обзир пуну окупиран опсег, спектралну маску, толеранцију производње фреквенције и температурни дрифт. Прекочавање постављено превише близу жељеног опсега може искривити обвивку сигнала, смањити величину вектора грешке и повећати рефлексијску снагу. Превише висока граница може дати недовољно хармонично одбацивање.

Важни унос у дизајн филтера укључују:

• Основна оперативна фреквенција
• Засељена ширина опсега сигнала
• Максимална излазна снага за ФК
• Потребно ублажавање друге и треће хармоније
• Максимални прихватљиви губитак уноса
• Извор и импеданца оптерећења
• Радни распон температуре
• Димензије пакета
• Коннектор, површински монтаж или интерфејс кроз рупу

Ови параметри треба дефинисати пре избора стандардног филтера или развоја прилагођене ЛЦ мреже.

Редакција филтера и одговор

Редакција филтера одређује колико брзо атенуација расте изван прекинске фреквенције. Свака додатна реактивна компонента може побољшати рол-оф, али такође уводе додатне губитке, осетљивост толеранције, трошкове и сложеност распореда ПЦБ-а.

Баттерворт одговор пружа максимално раван пролазни појас и користан је када је конзистенција амплитуде пролазног појаса важна. Чебишевски одговор нуди стрмљи прелаз за дато поредак филтера, али уводе контролисану пролазну реппл. Елиптични одговор може створити нуле преноса и изузетно оштро одбацивање, иако је осетљивији на толеранције компоненти и паразитске ефекте.

За РФ појачање снаге у уништавању хармоније, најбоље решење није аутоматски највиша мрежа. Оптимални дизајн балансира хармонично одбацивање, губитак уноса, напон напона, управљање струјом, производњу, физичку величину и стабилност појачачача.

У многим практичним преносачима, три до седам-полни ЛЦ нископролазни филтер пружа ефикасан компромис између перформанси одбијања и сложености имплементације.

Управљање напајањем, К-фактор и избор компоненти

Прорачуни филтрова за мали сигнал су само почетак. "Предозивање" је "процес који се користи за производњу електричне енергије". Компоненте са недостатљивим рејтингом могу се загрејати, детонирати, заситити, пуцати или пропасти.

Индукторски К-фактор снажно утиче на губитак инсулација. Индуктор са вишим КУ чува енергију са мањим губицима отпора, помажући одржавању ефикасности предавача. Кондензатори треба да обезбеде низак еквивалентни серијски отпор, стабилну капацитанцу, одговарајуће РФ диелектричне карактеристике и адекватну маржуна напона.

Наменски напон мора узети у обзир неисправност импеданце и стајајући таласи, а не само номинални радни услов од 50 Ом. Под лошим антенним утакмицом, врхунски РФ напон унутар филтера може бити знатно већи од очекивања.

Толеранција компонента је још један важан фактор. Варијације у индуктанци и капацитанци могу померити граничну фреквенцију и хармоничне тачке одбијања. Дефлекс температуре, ПЦБ паразити, капацитанца лемпира, трага индуктивности и ефекти затвора могу даље променити измењен одговор.

За компактне филтере који раде на већим фреквенцијама, електромагнетна симулација и анализа толеранција су од суштинског значаја за осигурање да производне јединице испуњавају циљне спецификације.

РСВеве снабдева ФР ЛЦ филтере у нископролазним, високим пролазом, пролазом и конфигурацијама за заустављање бенда. Његов опсег производа подржава компактне површинске монтаже и структуре кроз рупе, док се могу развити прилагођени захтеви за фреквенцију, атенуацију, пакете и интерфејс за специјализоване РФ системе.

ПЦБ распоред и заземљавање

На РФ фреквенцијама, ПЦБ и корпус постају део филтерског кола. Дуги трагови додају нежељену индуктивност, компонентне подложке уводе капацитанцију, а лоше заземљавање може значајно смањити атенуацију стопбанда.

ЛЦ филтер треба да буде инсталиран што ближе излазу појачачача снаге. Интерконнекције треба да буду кратке, контролисане у импеданци и референце на континуирано површину земље.

Шунт кондензатори захтевају нискоиндуктансне наземне путеве. Многе заземљиве жице треба да буду постављене близу сваке кондензаторске плоче тако да се струја високе фреквенције може ефикасно вратити. Дуга пут између кондензатора и земље може спречити компоненту да обезбеди очекиване хармоничке атенуације.

Улазни и излазни трагови такође би требали бити физички одвојени. Када су у близини једни од других, електромагнетна спојка може омогућити хармоничкој енергији да заобиђе мрежу филтера. У компактним или моторизованим модулима може бити потребан метални корпус са заземљавањем или унутрашња преграда за штитило.

Иако је ЛЦ филтер пасиван, његов губитак уноса претвара део РФ енергије у топлоту. Довољна површина бакра, проток ваздуха, топлотни контакт и дизајн кућа помажу да се одржава стабилна перформанса филтера.

Успоредивање импеданце и стабилност појачачача

Филтр за низак пролаз мора да ради заједно са мрежом за усоглашавање излаза појачача. Филтер дизајниран за номиналне импеданце извора и оптерећења од 50 Ом може имати реактивну импеданцу изван пролазног опсега. Импеданца коју види транзистор треба стога проценити у широком опсегу фреквенција.

На хармоничним фреквенцијама, импеданца оптерећења може утицати на ефикасност појачачача, одвод или колекаторско померање напона и поузданост транзистора. У неким системима, нископролазни филтер је интегрисан у мрежу за одговарање излаза тако да обавља и трансформацију импеданце и супресију хармоника.

Овај интегрисани приступ може смањити број компоненти и величину модула, али обично захтева тачне моделе транзистора, податке о оптерећењу и симулацију хармоничне равнотеже.

Анализатор векторске мреже може да провери губитак филтерског уноса, повратни губитак, фреквенцију прекида и одбацивање стопбанда пре тестирања пуне снаге. Хармоничне емисије се затим могу мерети са анализатором спектра, усмерним спојаком, одговарајућом АФ атенуацијом и правилно номинованим лажничким оптерећењем.

Испитивање треба да обухвата минималне и максималне напоне набавке, екстремне температуре, различите подешавања излазне снаге, толеранције производних компоненти и репрезентативне услове неисправности антене.

Колико је могуће потиснути хармонију?

Коначни ниво супресије зависи од првобитне хармоничне излазности појачачача и атенуације филтера на свакој хармоничној фреквенцији.

На пример, претпоставимо да појачач производи другу хармонију на -25 dBc. Ако филтер за низак пролаз ЛЦ обезбеђује 35 дБ атенуације на другохармоничној фреквенцији, теоријски филтрирани резултат може да се приближи −60 дБц.

Стварна мерења могу се разликовати због споја конектора, ПЦБ зрачења, неадекватног заземљавања, саморезонанце компоненте, пропуста кућа и неизвесности мерења.

Технички исправна шема кола и даље може да обезбеди слабу хармоничку супресију када његова физичка имплементација није дизајнирана према РФ принципима. Ово је један од разлога зашто се симулација, дизајн ПЦБ-а, дизајн кутије и лабораторијска валидација треба третирати као један инжењерски процес.

За захтевније системе, филтер за низак пролаз ЛЦ може бити комбинован са филтром са шупљином, керамичким филтром или структуром дистрибуиране преносне линије. ЛЦ филтери су атрактивни због своје компактне величине, флексибилности интеграције и трошковне ефикасности. Кавитетни филтери могу пружити висок К-фактор, низак губитак усада, снажно одбацивање ван опсега и већу способност управљања енергијом у многим апликацијама средње и високе фреквенције.

Избор прилагођеног ЛЦ нископролазног филтера

Културизовани ЛЦ филтер је често пожељан када компонента која се користи не може да испуни потребну фреквенцију, пакет, одбацивање или циљну снагу.

Када траже прилагођени филтер, инжењери треба да обезбеде:

• Потребан пролазни појас
• Жељена граница или прелазна област
• Друге и треће хармоничне фреквенције
• Максимални губитак уноса пролазног трака
• Уговор о повратку губитка или VSWR
• Циљеви за атенуацију стопбанда
• Максимална континуирана и пикована РФ снага
• Радни распон температуре
• Механичке димензије
• Конфигурација конектора или пина
• Уговорни захтеви за заштиту животне средине и поузданост

Подавање комплетних спецификација омогућава произвођачу филтера да изабере одговарајућу топологију, технологију компоненти, структуру кућишта и производни процес.

Портфолио РФ компоненти РСВЕВ укључује ЛЦ филтере, фобијски филтере, микроталасне диелектричне керамичке филтере, дуплексере, мултиплексере и антене. Ови производи користе се у комуникацијској инфраструктури, детекцији радара, сателитској комуникацији, навигационој опреми, беспилотним системима, ваздухопловним модулима, индустријској радио-функционалној електроници и прилагођеним микроталасним платформима.

Zaključak

ЛЦ нископролазни филтер потисне РФ хармонике појачачача снаге комбиновањем серијске индуктивности и шунт капацитета како би прошао фундаментални сигнал док одбацује енергију веће фреквенције.

Ефикасна супресија хармоније зависи од много више него одбора прекинске фреквенције. Редакција филтера, тип одговора, фактор Q компоненте, рејтинг снаге, понашање импеданце, заземљавање, штитирање, топлотно управљање, распоред ПЦБ-а и толеранција производње сви утичу на перформансе у стварном свету.

Када се ови фактори заједно обраде, правилно дизајнирани филтер за ниски пролаз ЛЦ може значајно смањити емисије друге и треће хармоније, побољшати електромагнетну компатибилност, заштитити оближње пријемнике и помоћи РФ предавачу да задовољи своје спектралне захтеве.

За апликације које захтевају компактен пакет, низак губитак усада, дефинисану хармоничку одбацивање, високу поузданост, или нестандартни интерфејс, прилагођени РФ ЛЦ филтер пружа практичан пут од дизајна кола до производње спремне РФ перформансе.