RF ve mikrodalga filtresi - RF and microwave filter

Radyo frekansı (RF) ve mikrodalga filtreler bir sınıfını temsil eder , elektronik filtre sinyaller üzerinde çalışmak üzere tasarlanmış, megahertz için gigahertz (frekans aralıkları orta frekans için son derece yüksek bir frekansta ). Bu frekans aralığı, çoğu radyo, televizyon, kablosuz iletişim (cep telefonları, Wi-Fi vb.)tarafından kullanılan aralıktırve bu nedenle çoğu RF ve mikrodalga cihazı, iletilen veya alınan sinyaller üzerinde bir tür filtreleme içerecektir. Bu tür filtreler,çoklu frekans bantlarını birleştirmek veya ayırmakiçin dupleksleyiciler ve çiftleştiriciler içinyapı taşları olarak yaygın olarak kullanılır.

Filtre işlevleri

Dört genel filtre işlevi arzu edilir:

Filtre teknolojileri

Genel olarak, çoğu RF ve mikrodalga filtreleri çoğunlukla bir veya daha fazla bağlı rezonatörden oluşur ve bu nedenle rezonatör yapmak için kullanılabilecek herhangi bir teknoloji filtre yapmak için de kullanılabilir. Kullanılan rezonatörlerin yüksüz kalite faktörü genellikle filtrenin ulaşabileceği seçiciliği belirler . Matthaei, Young ve Jones'un kitabı, RF ve mikrodalga filtrelerinin tasarımına ve gerçekleştirilmesine iyi bir referans sağlar. Genelleştirilmiş filtre teorisi , bir mikrodalga filtrede bağlı rezonatörlerin rezonans frekansları ve kuplaj katsayıları ile çalışır .

Topaklanmış elemanlı LC filtreleri

Rf ve mikrodalga filtrelerde kullanılabilecek en basit rezonatör yapısı , paralel veya seri indüktörler ve kapasitörlerden oluşan bir LC tank devresidir . Bunlar çok kompakt olma avantajına sahiptir, ancak rezonatörlerin düşük kalite faktörü nispeten düşük performansa yol açar.

Lumped-Element LC filtreleri hem üst hem de alt frekans aralığına sahiptir. Frekans çok azaldıkça, düşük kHz ila Hz aralığına doğru tank devresinde kullanılan indüktörlerin boyutu engellenemeyecek kadar büyük olur. Bu sorunun üstesinden gelmek için çok düşük frekanslı filtreler genellikle kristallerle tasarlanır. Frekans 600 MHz ve daha yüksek aralığa yükseldikçe, tank devresindeki indüktörler pratik olamayacak kadar küçük hale gelir. Yana reaktans belirli bir endüktans bir indüktörün frekansına göre doğrusal olarak artar, yüksek frekanslarda, aynı reaktansı elde etmek için, bir engelleyici düşük indüktans gerekebilir.

düzlemsel filtreler

Mikroşerit , eş düzlemli dalga kılavuzu ve şerit hattı gibi düzlemsel iletim hatları da iyi rezonatörler ve filtreler yapabilir ve toplu eleman filtrelerinden boyut ve performans açısından daha iyi bir uzlaşma sağlayabilir. Mikroşerit devreleri imal etmek için kullanılan işlemler, baskılı devre kartları imal etmek için kullanılan işlemlere çok benzer ve bu filtreler büyük ölçüde düzlemsel olma avantajına sahiptir.

Hassas düzlemsel filtreler, ince film prosesi kullanılarak üretilir. Alt tabaka için kuvars veya safir gibi düşük kayıplı tanjant dielektrik malzemeler ve altın gibi daha düşük dirençli metaller kullanılarak daha yüksek Q faktörleri elde edilebilir.

koaksiyel filtreler

Koaksiyel iletim hatları, düzlemsel iletim hatlarından daha yüksek kalite faktörü sağlar ve bu nedenle daha yüksek performans gerektiğinde kullanılır. Koaksiyel rezonatörler, toplam boyutlarını azaltmak için yüksek dielektrik sabiti malzemelerden yararlanabilir.

Boşluk filtreleri

40 MHz ila 960 MHz frekans aralığında hala yaygın olarak kullanılan iyi yapılandırılmış boşluk filtreleri, en az bir megavatlık güç yükleri altında bile yüksek seçicilik yeteneğine sahiptir. Daha yüksek Q kalite faktörü ve yakın aralıklı (75 kHz'e kadar) frekanslarda artırılmış performans kararlılığı, filtre boşluklarının iç hacmi artırılarak elde edilebilir.

Geleneksel boşluklu filtrelerin fiziksel uzunluğu, 40 MHz aralığında 205 cm'den fazla, 900 MHz aralığında 27.5 cm'nin altına kadar değişebilir.

Mikrodalga aralığında (1000 MHz ve üstü), boşluklu filtreler, boyut ve önemli ölçüde daha yüksek kalite faktörü açısından, toplu elemanlı rezonatörler ve filtrelerden daha pratik hale gelir .

Dielektrik filtreler

1994 Motorola cep telefonundan bir RF dielektrik filtresi

Rezonatör yapmak için çeşitli dielektrik malzemelerden yapılmış diskler de kullanılabilir. Koaksiyel rezonatörlerde olduğu gibi, filtrenin toplam boyutunu azaltmak için yüksek dielektrik sabiti malzemeler kullanılabilir. Düşük kayıplı dielektrik malzemelerle bunlar, daha önce tartışılan diğer teknolojilerden önemli ölçüde daha yüksek performans sunabilir.

Elektroakustik filtreler

Filtreler için piezoelektrik malzemelere dayalı elektroakustik rezonatörler kullanılabilir. Belirli bir frekanstaki akustik dalga boyu, elektrik dalga boyundan birkaç büyüklük sırası daha kısa olduğu için, elektroakustik rezonatörler, boşluklu rezonatörler gibi elektromanyetik muadillerinden genellikle boyut ve ağırlık olarak daha küçüktür.

Elektroakustik rezonatörün yaygın bir örneği, esasen bir çift elektrot ile sıkıştırılmış bir piezoelektrik kuvars kristalinin bir kesimi olan kuvars rezonatördür . Bu teknoloji, onlarca megahertz ile sınırlıdır. Tipik olarak 100 MHz'den fazla olan mikrodalga frekansları için çoğu filtre, yüzey akustik dalgası (SAW) ve ince film toplu akustik rezonatör (FBAR, TFBAR) tabanlı yapılar gibi ince film teknolojilerini kullanır .

dalga kılavuzu filtresi

Gofret filtre bir örnektir.

Enerji tüneli tabanlı filtreler

Bunlar, yüksek düzeyde ayarlanabilir mikrodalga filtrelerinin yeni sınıfıdır. Bu özel filtre türleri, dalga kılavuzları, SIW veya düşük maliyetli PCB teknolojisi üzerinde uygulanabilir ve geniş bir ayar aralığı elde etmek için uygun konumlara yerleştirilmiş anahtarların yardımıyla herhangi bir düşük veya daha yüksek frekansa ayarlanabilir.

Notlar

Dış bağlantılar