ตัวกรองแบบ LC แบบผ่านความถี่ต่ำ (Low-Pass Filter) ทำหน้าที่ลดฮาร์โมนิกจากแอมพลิฟายเออร์กำลังความถี่วิทยุ (RF Power Amplifier) ได้อย่างไร

แอมพลิฟายเออร์กำลังวิทยุความถี่ (RF) ทำหน้าที่เพิ่มกำลังสัญญาณวิทยุความถี่ที่ต้องการ แต่แอมพลิฟายเออร์ในทางปฏิบัติไม่สามารถทำงานแบบเชิงเส้นได้อย่างสมบูรณ์แบบ เมื่อทรานซิสเตอร์ถูกขับให้ใกล้จุดอิ่มตัว พฤติกรรมแบบไม่เป็นเชิงเส้นของมันจะสร้างคลื่นฮาร์โมนิกที่มีความถี่เป็นพหุคูณจำนวนเต็มของความถี่พื้นฐาน ตัวส่งสัญญาณที่ทำงานที่ความถี่ 100 เมกะเฮิร์ตซ์ ตัวอย่างเช่น อาจสร้างพลังงานที่ไม่ต้องการที่ความถี่ 200 เมกะเฮิร์ตซ์ 300 เมกะเฮิร์ตซ์ และความถี่ที่สูงกว่านั้น หากคลื่นฮาร์โมนิกเหล่านี้เดินทางไปยังเสาอากาศ จะก่อให้เกิดการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ละเมิดข้อกำหนดด้านการปล่อยสัญญาณ ลดประสิทธิภาพการใช้ช่วงความถี่ และรบกวนเครื่องรับสัญญาณที่อยู่ใกล้เคียง

ตัวกรองแบบพาสโลว์ (low-pass filter) ที่ใช้ขดลวดเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ (LC) เป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้งานได้จริงมากที่สุด ตัวกรองชนิดนี้จะผ่านความถี่พื้นฐานที่ต้องการ แต่ลดทอนสัญญาณที่มีความถี่สูงกว่าความถี่ตัด (cutoff frequency) ของมัน ตัวกรองนี้มักติดตั้งโดยตรงหลังแอมพลิฟายเออร์กำลังสัญญาณวิทยุ (RF power amplifier) ในโมดูลสัญญาณวิทยุ (RF modules), เครื่องส่งสัญญาณวิทยุ (radio transmitters), อุปกรณ์โทรวัด (telemetry equipment), ระบบย่อยเรดาร์ (radar subsystems), เทอร์มินัลดาวเทียม (satellite terminals), เครื่องมือทดสอบ (test instruments) และแพลตฟอร์มไร้สายแบบกำหนดเอง (customized wireless platforms)

เหตุใดแอมพลิฟายเออร์กำลังสัญญาณวิทยุ (RF Power Amplifiers) จึงสร้างฮาร์โมนิก

แอมพลิฟายเออร์ที่มีความเป็นเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์แบบจะสามารถจำลองรูปคลื่นสัญญาณขาเข้าให้มีกำลังสูงขึ้นโดยไม่เปลี่ยนรูปร่างของคลื่น อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์สัญญาณวิทยุจริงมักแสดงพฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น ค่าการขยายที่ไม่เป็นเชิงเส้น ความจุของข้อต่อ (junction capacitance) การแปรผันของแรงดันไบแอส (bias variation) และภาวะอิ่มตัว (saturation) เมื่อกำลังขาออกเพิ่มขึ้น รูปคลื่นจะเกิดการบิดเบือน และการบิดเบือนนี้จะปรากฏในโดเมนความถี่ในรูปของฮาร์โมนิก

ฮาร์โมนิกที่สองเกิดขึ้นที่ความถี่สองเท่าของความถี่พาหะ ฮาร์โมนิกที่สามเกิดขึ้นที่ความถี่สามเท่าของความถี่พาหะ และเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ ระดับของฮาร์โมนิกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ คลาสของแอมพลิฟายเออร์ จุดไบแอส กำลังขาออก การจับคู่อิมพีแดนซ์ และการมอดูเลต แอมพลิฟายเออร์แบบสวิตช์หรือแบบบีบอัดอย่างรุนแรงสามารถให้ประสิทธิภาพสูง แต่มักจำเป็นต้องใช้ตัวกรองฮาร์โมนิกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ฮาร์โมนิกยังอาจก่อให้เกิดสัญญาณตอบสนองผิดพลาดในระบบวัด รบกวนช่องทางการนำทางหรือการสื่อสาร และเพิ่มภาระให้กับองค์ประกอบที่อยู่ต่อจากนั้น ดังนั้น การลดฮาร์โมนิกจึงควรได้รับการพิจารณาเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์

หลักการทำงานของตัวกรองแบบผ่านความถี่ต่ำชนิด LC

ตัวกรองแบบผ่านความถี่ต่ำชนิด LC อาศัยพฤติกรรมความถี่ที่ตรงข้ามกันของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ โดยค่ารีแอคแตนซ์แบบเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นตามความถี่

XL = 2πfL

ค่ารีแอคแตนซ์แบบความจุจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น

XC = 1/(2πfC)

ในโทโพโลยีทั่วไป ตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมจะขัดขวางกระแสฮาร์โมนิกความถี่สูง ในขณะที่ตัวเก็บประจุแบบขนานจะให้เส้นทางที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ เพื่อเบี่ยงเบนพลังงานที่ไม่ต้องการไปยังกราวด์ ที่ความถี่พื้นฐาน ค่าต่าง ๆ จะถูกเลือกให้มีการสูญเสียจากการแทรก (insertion loss) ต่ำ เพื่อให้อุปกรณ์ขยายสัญญาณสามารถส่งกำลังไปยังโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เหนือความถี่ตัด (cutoff frequency) การลดทอนสัญญาณจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนของส่วนประกอบเชิงปฏิกิริยา (reactive sections) และลักษณะการตอบสนองของตัวกรองที่เลือกใช้ เครือข่ายระดับสูงกว่า (higher-order network) จะให้ช่วงการเปลี่ยนผ่านที่ชันขึ้น เมื่อฮาร์โมนิกที่ไม่ต้องการตัวแรกอยู่ใกล้กับแถบผ่าน (passband) ที่ต้องการมาก

การเลือกความถี่ตัด

ความถี่ตัดจะต้องสูงพอที่จะผ่านสัญญาณที่ต้องการและแถบความกว้างของสัญญาณรูปแบบการมอดูเลต (modulation bandwidth) แต่ก็ต้องต่ำพอที่จะลดทอนฮาร์โมนิกตัวแรกที่สำคัญที่สุด สำหรับสัญญาณพาหะ (carrier) แบบแคบแถบ (narrowband) ที่ความถี่ 100 MHz ความถี่ตัดอาจกำหนดไว้สูงกว่าแถบความกว้างของช่องสัญญาณที่ใช้งานจริง (occupied channel bandwidth) แต่ต่ำกว่าฮาร์โมนิกอันดับสองที่ 200 MHz อย่างมาก

สำหรับระบบแบบมอดูเลต ผู้ออกแบบจำเป็นต้องพิจารณาแบนด์วิดท์ที่ใช้งานจริงทั้งหมด รูปแบบสเปกตรัม (spectral mask) ความคลาดเคลื่อนของความถี่ในการผลิต และการเปลี่ยนแปลงของความถี่ตามอุณหภูมิ การกำหนดค่าความถี่ตัด (cutoff) ที่ใกล้กับแถบความถี่ที่ต้องการเกินไปอาจทำให้รูปร่างของสัญญาณผิดเพี้ยน ลดคุณภาพของค่าความคลาดเคลื่อนเวกเตอร์ข้อผิดพลาด (error vector magnitude) และเพิ่มกำลังสัญญาณที่สะท้อนกลับ ในทางกลับกัน หากกำหนดค่าความถี่ตัดไว้สูงเกินไป ก็อาจไม่สามารถลดฮาร์โมนิกได้อย่างเพียงพอ

ปัจจัยสำคัญที่ใช้ในการออกแบบตัวกรอง ได้แก่:

• ความถี่หลักในการทำงาน
• แบนด์วิดท์ของสัญญาณที่ใช้งานจริง
• กำลังเอาต์พุต RF สูงสุด
• การลดทอนฮาร์โมนิกอันดับสองและอันดับสามที่ต้องการ
• การสูญเสียจากการแทรก (insertion loss) สูงสุดที่ยอมรับได้
• อิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายและโหลด
• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน
• มิติของแพ็คเกจ
• อินเทอร์เฟซแบบขั้วต่อ แบบติดตั้งบนพื้นผิว (surface-mount) หรือแบบเจาะผ่านแผงวงจร (through-hole)

พารามิเตอร์เหล่านี้ควรกำหนดให้ชัดเจนก่อนเลือกตัวกรองมาตรฐาน หรือก่อนพัฒนาเครือข่าย LC แบบเฉพาะเจาะจง

การจัดลำดับตัวกรองและลักษณะการตอบสนอง

การจัดลำดับตัวกรองกำหนดอัตราที่การลดทอนสัญญาณเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความถี่เกินค่าความถี่ตัด แต่ละองค์ประกอบเชิงปฏิกิริยาเพิ่มเติมสามารถปรับปรุงอัตราการลดทอนได้ แต่ก็ยังก่อให้เกิดการสูญเสิรพลังงานเพิ่มเติม ความไวต่อความคลาดเคลื่อนของค่าพารามิเตอร์ ต้นทุนที่สูงขึ้น และความซับซ้อนในการวางลายวงจรบนแผงวงจร (PCB)

ลักษณะการตอบสนองแบบบัตเทอร์เวิร์ธ (Butterworth) ให้แถบผ่านที่เรียบสม่ำเสมอสูงสุด และเหมาะสำหรับกรณีที่ต้องการความคงที่ของแอมพลิจูดในแถบผ่านเป็นพิเศษ ขณะที่ลักษณะการตอบสนองแบบเชบีเชฟ (Chebyshev) ให้ช่วงการเปลี่ยนผ่านที่ชันขึ้นสำหรับการจัดลำดับตัวกรองที่เท่ากัน แต่จะก่อให้เกิดการแปรผันของแอมพลิจูดในแถบผ่าน (passband ripple) อย่างควบคุมได้ ส่วนลักษณะการตอบสนองแบบเอลลิปติก (elliptic) สามารถสร้างศูนย์การส่งผ่าน (transmission zeros) และการลดทอนสัญญาณที่คมชัดมากเป็นพิเศษ แม้ว่าจะมีความไวต่อความคลาดเคลื่อนของค่าพารามิเตอร์และผลกระทบจากพาราซิติกมากกว่า

สำหรับการลดฮาร์โมนิกของเครื่องขยายสัญญาณ RF วิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดไม่จำเป็นต้องเป็นเครือข่ายที่มีการจัดลำดับสูงสุดเสมอไป การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดจะต้องคำนึงถึงสมดุลระหว่างการลดฮาร์โมนิก การสูญเสียการแทรกสอด (insertion loss) ความเค้นแรงดันไฟฟ้า ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้า ความสะดวกในการผลิต ขนาดทางกายภาพ และความมั่นคงของเครื่องขยายสัญญาณ

ในเครื่องส่งสัญญาณที่ใช้งานจริงจำนวนมาก ตัวกรองแบบพาสโลว์ LC ที่มีจำนวนโพลสามถึงเจ็ดโพลให้สมดุลที่มีประสิทธิภาพระหว่างความสามารถในการลดสัญญาณรบกวนกับความซับซ้อนในการออกแบบและผลิต

การจัดการกำลังไฟฟ้า ค่า Q และการเลือกชิ้นส่วน

การคำนวณตัวกรองสำหรับสัญญาณขนาดเล็กเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น ที่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์กำลังสัญญาณวิทยุ (RF) ขดลวดเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุอาจได้รับกระแสและแรงดันไฟฟ้า RF ที่มีค่าสูงมาก ชิ้นส่วนที่มีค่าการรับโหลดไม่เพียงพออาจเกิดความร้อนสูง ค่าพารามิเตอร์เปลี่ยนแปลง แม่เหล็กอิ่มตัว แตกร้าว หรือเสียหาย

ค่า Q ของขดลวดเหนี่ยวนำมีอิทธิพลอย่างมากต่อการสูญเสียการแทรกแซง (insertion loss) ขดลวดเหนี่ยวนำที่มีค่า Q สูงจะเก็บพลังงานได้โดยสูญเสียพลังงานจากความต้านทานน้อยลง ซึ่งช่วยรักษาประสิทธิภาพของเครื่องส่งสัญญาณ ตัวเก็บประจุควรให้ค่าความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ต่ำ ค่าความจุคงที่ มีคุณสมบัติทางไดอิเล็กตริกที่เหมาะสมสำหรับสัญญาณ RF และมีระยะห่างด้านแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอ

ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ต้องคำนึงถึงความไม่สอดคล้องกันของอิมพีแดนซ์และคลื่นนิ่ง มากกว่าจะพิจารณาเพียงสภาวะการใช้งานแบบนามินัลที่ 50 โอห์มเท่านั้น ภายใต้การจับคู่เสาอากาศที่ไม่ดี แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสูงสุดภายในตัวกรองอาจสูงกว่าที่คาดไว้อย่างมาก

ความแม่นยำของชิ้นส่วนเป็นอีกปัจจัยสำคัญหนึ่ง การแปรผันของค่าความเหนี่ยวนำและค่าความจุอาจทำให้ความถี่ตัดและจุดการลดฮาร์โมนิกเลื่อนไปจากค่าที่กำหนด อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง ค่าพาราซิติกบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ความจุของพื้นที่เชื่อมต่อแบบโซลเดอร์ ความเหนี่ยวนำของเส้นสายนำสัญญาณ และผลกระทบจากตัวเรือน ล้วนสามารถเปลี่ยนแปลงผลการวัดที่ได้จริงเพิ่มเติมได้

สำหรับตัวกรองขนาดกะทัดรัดที่ทำงานที่ความถี่สูง จำเป็นต้องใช้การจำลองทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการวิเคราะห์ความแม่นยำเพื่อให้มั่นใจว่าหน่วยผลิตที่ออกสู่ตลาดจะสอดคล้องกับข้อกำหนดเป้าหมาย

RSWave จัดจำหน่ายตัวกรอง RF LC แบบพาสโลว์ (low-pass), พาสไฮ (high-pass), แบนด์พาส (band-pass) และแบนด์สต็อป (band-stop) ผลิตภัณฑ์ของบริษัทรองรับโครงสร้างแบบติดตั้งบนพื้นผิว (surface-mount) ที่มีขนาดกะทัดรัดและแบบติดตั้งผ่านรู (through-hole) รวมทั้งสามารถพัฒนาให้ตรงตามความต้องการเฉพาะด้านความถี่ การลดสัญญาณ (attenuation) รูปร่างบรรจุภัณฑ์ และอินเทอร์เฟซสำหรับระบบ RF พิเศษ

การวางเลย์เอาต์แผงวงจรพิมพ์ (PCB) และการต่อกราวด์

ที่ความถี่ RF แผงวงจรพิมพ์ (PCB) และตัวเรือนจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของวงจรตัวกรอง สายนำที่ยาวเกินไปจะเพิ่มค่าอินดักแตนซ์ที่ไม่ต้องการ แผ่นเชื่อมต่อของชิ้นส่วน (component pads) จะก่อให้เกิดค่าแคปาซิแตนซ์ และการต่อกราวด์ที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ค่าการลดสัญญาณในแถบหยุด (stopband attenuation) ลดลงอย่างมาก

ควรติดตั้งตัวกรอง LC ให้อยู่ใกล้กับเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์กำลังไฟ (power-amplifier) ให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ การเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนควรมีความยาวสั้น มีค่าอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ และเชื่อมต่อกับแผ่นกราวด์ที่ต่อเนื่องกัน

ตัวเก็บประจุแบบชันท์จำเป็นต้องมีเส้นทางการต่อพื้นที่มีค่าอินดักแตนซ์ต่ำ ควรจัดวางรูต่อพื้นหลายรูให้อยู่ใกล้กับแผ่นขั้วของตัวเก็บประจุแต่ละตัว เพื่อให้กระแสไฟฟ้าความถี่สูงสามารถไหลกลับสู่พื้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ การมีระยะทางที่ยาวระหว่างตัวเก็บประจุกับพื้นอาจทำให้ชิ้นส่วนนั้นไม่สามารถลดฮาร์โมนิกได้ตามที่คาดหวัง

สายนำสัญญาณขาเข้าและขาออกควรมีการแยกออกจากกันทางกายภาพด้วย หากวางไว้ใกล้กันเกินไป อาจเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งทำให้พลังงานฮาร์โมนิกเล็ดลอดผ่านเครือข่ายกรองได้ ในโมดูลที่มีขนาดกะทัดรัดหรือให้กำลังสูง อาจจำเป็นต้องใช้ฝาครอบโลหะที่ต่อพื้น หรือฉากกั้นภายในที่มีการต่อพื้น

แม้ตัวกรอง LC จะเป็นแบบพาสซีฟ แต่การสูญเสียจากการแทรกตัว (insertion loss) ก็จะเปลี่ยนพลังงานคลื่นวิทยุบางส่วนให้กลายเป็นความร้อน พื้นที่ทองแดงที่เพียงพอ การไหลเวียนของอากาศ การสัมผัสทางความร้อนที่ดี และการออกแบบโครงเรือน ล้วนมีส่วนช่วยรักษาประสิทธิภาพของตัวกรองให้คงที่

การจับคู่อิมพีแดนซ์และความมั่นคงของแอมพลิฟายเออร์

ตัวกรองแบบผ่านความถี่ต่ำจะต้องทำงานร่วมกับเครือข่ายจับคู่สัญญาณเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ ตัวกรองที่ออกแบบมาสำหรับแหล่งกำเนิดและโหลดที่มีอิมพีแดนซ์มาตรฐาน 50 โอห์ม อาจแสดงค่าอิมพีแดนซ์เชิงจินตภาพภายนอกแถบความถี่ที่ผ่านได้ ดังนั้นจึงควรประเมินค่าอิมพีแดนซ์ที่ทรานซิสเตอร์รับรู้ในช่วงความถี่กว้าง

ที่ความถี่ฮาร์โมนิก อิมพีแดนซ์ของโหลดสามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์ แรงดันไฟฟ้าที่สวิงที่ขั้วเดรนหรือคอลเลกเตอร์ และความน่าเชื่อถือของทรานซิสเตอร์ ในบางระบบ ตัวกรองแบบผ่านความถี่ต่ำจะถูกผสานเข้ากับเครือข่ายจับคู่สัญญาณเอาต์พุต เพื่อทำหน้าที่ทั้งการแปลงอิมพีแดนซ์และการลดสัญญาณฮาร์โมนิก

แนวทางแบบผสานนี้สามารถลดจำนวนชิ้นส่วนและขนาดของโมดูลได้ แต่โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องใช้แบบจำลองทรานซิสเตอร์ที่แม่นยำ ข้อมูลโหลด-พูล (load-pull) และการจำลองสมดุลฮาร์โมนิก (harmonic-balance simulation)

เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์สามารถตรวจสอบการสูญเสียการแทรก (insertion loss) ของตัวกรอง การสูญเสียการสะท้อนกลับ (return loss) ความถี่ตัด (cutoff frequency) และการลดสัญญาณในแถบหยุด (stopband rejection) ก่อนทำการทดสอบที่กำลังไฟเต็มรูปแบบ จากนั้นสามารถวัดการปล่อยฮาร์โมนิก (harmonic emissions) ได้ด้วยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม (spectrum analyzer) คู่มือแยกทิศทาง (directional coupler) ตัวลดสัญญาณความถี่วิทยุ (RF attenuation) ที่เหมาะสม และโหลดจำลอง (dummy load) ที่มีอันดับค่าความทนทานตามมาตรฐาน

การทดสอบควรครอบคลุมช่วงแรงดันจ่ายต่ำสุดและสูงสุด อุณหภูมิในสภาวะสุดขั้ว การตั้งค่ากำลังขาออกที่แตกต่างกัน ความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วนในการผลิตจริง และสภาวะการไม่จับคู่ของเสาอากาศที่เป็นตัวแทน

สามารถลดฮาร์โมนิกได้มากน้อยเพียงใด

ระดับการลดฮาร์โมนิกสุดท้ายขึ้นอยู่กับปริมาณฮาร์โมนิกที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติจากตัวขยายสัญญาณ (amplifier) และค่าการลดสัญญาณ (attenuation) ของตัวกรองที่ความถี่ฮาร์โมนิกแต่ละค่า

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าตัวขยายสัญญาณสร้างฮาร์โมนิกอันดับสองที่ระดับ −25 dBc หากตัวกรองแบบพาสโลว์ (low-pass filter) ที่ใช้โครงสร้าง LC ให้ค่าการลดสัญญาณ 35 dB ที่ความถี่ฮาร์โมนิกอันดับสอง ผลลัพธ์หลังผ่านตัวกรองโดยทฤษฎีอาจเข้าใกล้ −60 dBc

การวัดค่าจริงอาจแตกต่างจากค่าที่คาดไว้เนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น การเชื่อมต่อของขั้วต่อ การรบกวนจากแผงวงจรพิมพ์ (PCB) การต่อกราวด์ไม่เพียงพอ การเกิดเรโซแนนซ์เองของชิ้นส่วน อุปกรณ์ครอบคลุมรั่ว และความไม่แน่นอนของการวัด

แม้ว่าแผนผังวงจรจะถูกต้องตามหลักเทคนิค แต่ก็อาจให้ผลการลดฮาร์โมนิกที่ไม่ดี หากการนำไปปฏิบัติจริงบนแผงวงจรไม่ได้ออกแบบตามหลักการออกแบบวงจรความถี่วิทยุ (RF) นี่คือเหตุผลหนึ่งที่ทำให้การจำลองการทำงาน การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) การออกแบบตัวเรือน และการตรวจสอบในห้องปฏิบัติการ ควรได้รับการพิจารณาเป็นกระบวนการวิศวกรรมเดียวกัน

สำหรับระบบที่มีข้อกำหนดสูงกว่านั้น ตัวกรองแบบพาสโลว์ชนิด LC อาจนำมาใช้ร่วมกับตัวกรองแบบคาเวิตี้ ตัวกรองเซรามิก หรือโครงสร้างสายส่งสัญญาณแบบกระจาย ตัวกรอง LC มีข้อดีคือมีขนาดเล็ก สามารถรวมเข้ากับระบบได้อย่างยืดหยุ่น และมีต้นทุนต่ำ ขณะที่ตัวกรองแบบคาเวิตี้สามารถให้ค่า Q สูง การสูญเสียจากการแทรกแซงต่ำ การลดสัญญาณภายนอกแถบความถี่อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถรองรับกำลังไฟฟ้าได้มากกว่า ในแอปพลิเคชันความถี่ปานกลางและสูงหลายประเภท

การเลือกตัวกรองแบบพาสโลว์ชนิด LC แบบเฉพาะเจาะจง

ตัวกรอง LC แบบกำหนดเองมักจะเหมาะสมกว่าเมื่อส่วนประกอบที่มีจำหน่ายทั่วไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความถี่ ขนาดรูปทรง การลดสัญญาณรบกวน หรือกำลังไฟฟ้าที่กำหนดได้

เมื่อร้องขอตัวกรองแบบกำหนดเอง วิศวกรควรให้ข้อมูลดังนี้:

• แถบผ่านที่ต้องการ
• ความถี่ตัดหรือบริเวณการเปลี่ยนผ่านที่ต้องการ
• ความถี่ฮาร์โมนิกอันดับสองและสาม
• ค่าการสูญเสียสัญญาณในแถบผ่านสูงสุด
• ข้อกำหนดด้านการสะท้อนกลับ (Return Loss) หรืออัตราส่วนคลื่นยืน (VSWR)
• เป้าหมายการลดสัญญาณรบกวนในแถบหยุด
• กำลังไฟฟ้า RF สูงสุดแบบต่อเนื่องและแบบสูงสุดชั่วคราว
• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน
• ขนาดกล
• รูปแบบขั้วต่อหรือขาเชื่อมต่อ
• ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและความน่าเชื่อถือ

การให้ข้อมูลจำเพาะทั้งหมดช่วยให้ผู้ผลิตตัวกรองสามารถเลือกโครงสร้างแบบ (topology) ที่เหมาะสม เทคโนโลยีของอุปกรณ์ประกอบ โครงสร้างของตัวเรือน และกระบวนการผลิต

พอร์ตโฟลิโอของชิ้นส่วนความถี่วิทยุ (RF) ของ RSWave ประกอบด้วยตัวกรอง LC ตัวกรองแบบโพรง (cavity filters) ตัวกรองเซรามิกไดอิเล็กทริกไมโครเวฟ ดูเพล็กเซอร์ (duplexers) มัลติเพล็กเซอร์ (multiplexers) และเสาอากาศ (antennas) ซึ่ง ผลิตภัณฑ์ ใช้งานในโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสาร ระบบตรวจจับเรดาร์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม อุปกรณ์นำทาง ระบบไร้คนขับ โมดูลด้านการบินและอวกาศ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่วิทยุสำหรับอุตสาหกรรม และแพลตฟอร์มไมโครเวฟที่ออกแบบเฉพาะ

บทสรุป

ตัวกรองแบบต่ำผ่าน (low-pass filter) ชนิด LC ทำหน้าที่ลดฮาร์โมนิกจากเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุ (RF power amplifier) โดยใช้การรวมกันของความเหนี่ยวนำแบบอนุกรม (series inductance) กับความจุแบบขนาน (shunt capacitance) เพื่อให้สัญญาณคลื่นพื้นฐานผ่านไปได้ แต่ปฏิเสธพลังงานที่มีความถี่สูงกว่า

ประสิทธิภาพในการลดฮาร์โมนิกอย่างแท้จริงนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการนอกเหนือจากการเลือกความถี่ตัด (cutoff frequency) เช่น อันดับของตัวกรอง (filter order) ลักษณะของสเปกตรัมตอบสนอง (response type) ค่า Q ของอุปกรณ์ประกอบ กำลังไฟฟ้าที่รองรับ พฤติกรรมของอิมพีแดนซ์ การต่อสายดิน การป้องกันการรบกวน (shielding) การจัดการความร้อน การจัดวางวงจรบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB layout) และความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ในการผลิต

เมื่อปัจจัยเหล่านี้ได้รับการจัดการร่วมกัน ตัวกรองแบบพาสโลว์ชนิด LC ที่ออกแบบอย่างเหมาะสมสามารถลดการปล่อยคลื่นฮาร์โมนิกที่สองและสามได้อย่างมีนัยสำคัญ ปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ปกป้องเครื่องรับที่อยู่ใกล้เคียง และช่วยให้เครื่องส่งสัญญาณ RF ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสเปกตรัมของตน

สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการขนาดเล็กกะทัดรัด การสูญเสียการแทรกสอดต่ำ การลดคลื่นฮาร์โมนิกที่กำหนดไว้ ความน่าเชื่อถือสูง หรืออินเทอร์เฟซที่ไม่มาตรฐาน ตัวกรอง RF แบบ LC ที่ออกแบบเฉพาะจะเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริง ตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบวงจรไปจนถึงประสิทธิภาพ RF ที่พร้อมสำหรับการผลิต