Як фільтри-вирізи усувають потужні перешкоджувальні сигнали певних частот

У швидко розширювальній екосистемі бездротового зв’язку електромагнітний спектр стає все більш перенасиченим. З одночасним розгортанням мереж 5G, пристроїв IoT, супутникового зв’язку, радарних систем та служб мовлення проблема RF-співіснування стала однією з найважливіших задач для інженерів RF.

Одним із найбільш руйнівних явищ у цьому середовищі є зниження чутливості приймача (або блокування приймача). Це відбувається, коли потужний небажаний сигнал певної частоти проникає в систему приймача, насичуючи підсилювач із низьким рівнем шуму (LNA) або змішувач, і робить приймач неспроможним виявити слабші бажані сигнали.

Щоб протистояти цьому явищу, інженери з радіочастот використовують фільтри високої ефективності. Серед них нотч-фільтр (також відомий як смуговий загороджувальний або смуговий відкидний фільтр) виступає як хірургічний інструмент. У цій статті розглядається, як нотч-фільтри елімінують потужні сигнали інтерференції певних частот, детально аналізуються основні інженерні принципи та наголошується на тому, як передові кавернні нотч-конструкції компанії Jiaxing Ruishang Electronics Co., Ltd. (RSwave) вирішують критичні завдання інтерференції в сучасних RF-системах.

Розуміння нотч-фільтра: хірургічний спектральний інструмент

На відміну від смугового фільтра, який пропускає певну смугу частот і приглушує все інше, або від низькочастотних/високочастотних фільтрів, які ділять спектр за єдиною частотою зрізу, загрожувальний фільтр робить навпаки. Він пропускає майже всі частоти з мінімальними втратами, крім дуже локалізованої вузької смуги частот, яку приглушує до надзвичайно низьких рівнів.

Пропускання (дБ)
0 |-----------------\ /----------------- (смуга пропускання)
| \ /
| \ /
| \ /
-50 |---------------------\--o--/--------------------- (смуга загородження / загрожувальна смуга)
| f0
+------------------------------------------------- Частота (Гц)

Основними параметрами, що визначають загрожувальний фільтр, є:

1. Центральна частота (f0): Точна частота, на якій приглушення (відхилення) максимальне.
2. Глибина відхилення (дБ): Ступінь приглушення сигналу на частоті f0. У середовищах із високим рівнем перешкод часто потрібна глибина відхилення від 40 дБ до 80 дБ або більше.
3. Втрати вносу в смузі пропускання (дБ): втрати бажаних сигналів поза загородженою смугою. Ідеально цей показник має бути якомога ближчим до 0 дБ (зазвичай < 1,0 дБ у високоякісних резонансних фільтрах), щоб запобігти погіршенню сигналу.
4. Коефіцієнт якості (Q-фактор): відношення центральної частоти до смуги пропускання на рівні −3 дБ (Q = f₀ / Δf). Вищий Q-фактор означає вужчу й гострішу загороджену смугу, що дозволяє фільтру придушити перешкоди дуже близько до бажаного каналу зв’язку, не впливаючи на нього.

Як загороджувальні фільтри придушують перешкоди: механізм відхилення

Щоб зрозуміти, як загороджувальний фільтр придушує потужні перешкоди, слід розглянути його взаємодію з радіочастотним сигналом у ланцюзі.

Коли передавач високої потужності, що створює перешкоди, розташований поблизу чутливого приймача, позадіапазонні випромінювання або основна частота передавача можуть перевантажити приймач. Навіть якщо частота перешкоди знаходиться поза робочим діапазоном приймача, достатньо сильний сигнал змусить підсилювач низьких частот (LNA) на вході приймача працювати в нелінійному режимі (стиск). Це призводить до інтермодуляційних спотворень (IMD) та різкого підвищення рівня шуму приймача.

[Антена] --- [ Загороджувальний фільтр (RSwave) ] --- [ LNA / Вхідний каскад приймача ]
|
(Ослаблює потужний
перешкоджувальний сигнал на f₀;
пропускає бажаний діапазон)

Розміщуючи радіочастотний загороджувальний фільтр безпосередньо між антеною та вхідним каскадом приймача, ми змінюємо вхідний спектр:

• Відображення енергії перешкоди: Загороджувальний фільтр створює неузгодження імпедансу (високий КСХВ) на небажаній частоті (f₀). Замість того щоб потрапити в приймач, енергія перешкоджувального сигналу відбивається назад або розсіюється всередині конструкції фільтра.
• Збереження бажаних сигналів: на бажаних частотах фільтр забезпечує узгоджене імпедансне навантаження (зазвичай 50 Ом), що дозволяє сигналам проходити в LNA з негативною атенацією.

Роль резонансних загороджувальних фільтрів у високопродуктивних системах

Для вимогливих промислових, телекомунікаційних та оборонних застосувань стандартні зосереджені (LC) загороджувальні фільтри часто не задовольняють вимоги. LC-фільтри мають нижчі коефіцієнти якості (Q), вищі втрати внесення та обмежені можливості роботи з потужністю.
Саме тут стають необхідними резонансні загороджувальні фільтри. Резонансні фільтри використовують резонансні металеві порожнини для досягнення надзвичайно високих коефіцієнтів якості (Q).

Чому резонансні конструкції переважають :

• Надвисокий коефіцієнт якості (Q): резонатори-порожнини зберігають електромагнітну енергію з мінімальними втратами, що забезпечує надзвичайно стрімкі перехідні смуги. Це дозволяє інженерам розміщувати глибокий загороджувальний спектр безпосередньо поруч із охоронною смугою.
• Низькі втрати при вставці: завдяки срібленій внутрішній поверхні та металам з високою електропровідністю фільтри-загороджувачі резонансної порожнини мінімізують втрати в пропускному діапазоні, зберігаючи бюджет зв’язку системи.
• Висока потужність: резонатори порожнини можуть витримувати рівні ВЧ-потужності від десятків ват до кіловатів без термічного пробою чи зсуву налаштувань.

Застосування в реальних умовах: де фільтри-загороджувачі є незамінними

1. Зменшення перешкод на спільних об’єктах (мобільний зв’язок і служби безпеки)

На спільних антенних об’єктах кілька передавачів і приймачів розміщені на одній вежі або даху. Наприклад, передавач служб безпеки на частоті 450 МГц легко може знижувати чутливість сусіднього LTE-приймача. Фільтр-загороджувач резонансної порожнини, точно налаштований на частоту передачі служб безпеки, можна встановити на вході LTE-приймача, щоб усунути перешкоди й забезпечити безперервне покриття мобільного зв’язку.

2. Захист мовлення та «білих» ТБ-діапазонів

Передавачі ВЧ з високою потужністю (що працюють у діапазоні від 88 МГц до 108 МГц) та УКХ-телевізійні станції генерують величезну радіочастотну енергію. Близько розташовані бездротові мікрофонні системи, аматорські радіостанції або вузькосмугові IoT-приймачі повинні використовувати загороджувальні фільтри для придушення цих потужних мовних сигналів.

3. Захист радарів та наземних станцій супутникового зв’язку

Супутникові приймачі, що працюють у С-діапазоні (3,7 ГГц–4,2 ГГц), все частіше піддаються перешкодам від нових 5G-передавачів С-діапазону. Застосування високоефективних порожнистих загороджувальних фільтрів дозволяє наземним станціям блокувати частоти 5G-сигналів і одночасно приймати слабкі супутникові низхідні сигнали.

Вибір та проектування відповідного загороджувального фільтра

Вибір відповідного загороджувального фільтра вимагає ретельного врахування кількох електричних та механічних характеристик:

У компанії Jiaxing Ruishang Electronics Co., Ltd. (RSwave) ми спеціалізуємося на проектуванні, моделюванні та виробництві спеціалізованих RF-резонансних фільтрів, дуплексерів та загороджувальних фільтрів. Використовуючи передове 3D-програмне забезпечення електромагнітного моделювання (HFSS) та точне механічне оброблення, RSwave створює фільтри, які точно відповідають заданим частотним характеристикам, забезпечуючи оптимальне пригнічення завад із мінімальним впливом на сусідні сигнали.

Висновок

Оскільки бездротовий ландшафт постійно розширюється, спектральна перевантаженість є неминучою реальністю. Потужні сигнали завад певних частот не повинні погіршувати роботу системи. Використовуючи точно розроблені загороджувальні фільтри, фахівці з радіочастотної техніки можуть точно ізолювати та прибрати завадні сигнали, захищаючи чутливі приймачі й максимізуючи спектральну ефективність.

Для мереж зв’язку з високою надійністю вибір правильного постачальника фільтрів є критичним. Jiaxing Ruishang Electronics Co., Ltd. (RSwave) пропонує повний асортимент високоякісних порожнистих загороджувальних фільтрів з високим коефіцієнтом добротності (Q), загороджувальних фільтрів та спеціалізованих RF-компонентів, розроблених відповідно до найвищих галузевих стандартів.

Щоб ознайомитися з усіма нашими рішеннями у сфері RF-фільтрації, переглянути технічні описи продуктів або обговорити вимоги до спеціального проектування з нашою інженерною командою, відвідайте наш офіційний вебсайт за адресою www.rswave.com .