Выбор размеров и расчет полосового фильтра
Понятие и функции фильтров, их классификация и разновидности, отличительные признаки. Внутреннее устройство полосового фильтра, принцип работы, сферы применения. Выбор размеров прямоугольного волновода и коаксиальной линии, расчет основных параметров.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.08.2013 |
| Размер файла | 358,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
32
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Фильтр - это частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот.
Идеальный фильтр - это четырехполюсник, затухание которого равно нулю в заданной полосе частот и бесконечно велико на всех частотах вне этой полосы (полоса заграждения).
Заданная полоса частот, где А = 0 называется полосой пропускания или полосой прозрачности. Полоса частот, глее А равна бесконечности называется полосой загрождения.
1. Классификация фильтров
Фильтры могут быть классифицированы по ряду признаков:
1) по виду АЧХ (По взаимному расположению полос пропускания и заграждения) они разделяются на: фильтры нижних частот (ФНЧ); фильтры верхних частот (ФВЧ); полосовые фильтры (ПФ); режекторные (заграждающие) фильтры (РЖ). В отдельную группу могут быть выделены фазовые фильтры (ФФ);
2) в зависимости от полиномов, используемых при аппроксимации передаточной функции различают фильтры: критического затухания, Бесселя, Баттерворта, Чебышева;
3) по элементной базе фильтры разделяются на: пассивные и активные фильтры. Активные фильтры включают в схему RLC - фильтра активного элемента, в качестве которых часто используются операционные усилители.
Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) различных фильтров представлены на рис. 1.
Фильтр нижних частот (ФНЧ) пропускает низкие частоты и задерживает высокие (рис. 1, а).
Фильтр верхних частот (ФВЧ) - задерживает низкие частоты и пропускает высокие (рис. 1, б).
Полосовой фильтр (ПФ) - пропускает полосу частот от 1 до 2 и задерживает те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы частот (рис. 1, в).
Режекторный фильтр (РФ) - задерживает полосу частот от 1 до 2 и пропускает частоты, расположенные выше или ниже этой полосы частот (рис. 1, г).
В указанных фильтрах коэффициент передачи и фазовый сдвиг зависят от частоты входного сигнала. Фильтры, у которых коэффициент передачи остается постоянным, а фазовый сдвиг зависит от частоты, называются фазовыми фильтрами.
Рис. 1
коаксиальный фильтр полосовой волновод
По способу преобразования энергии ЭМВ в полосе заграждения фильтры подразделяются на:
1. фильтры отражающего типа (ФОТ)
2. фильтры поглощающего типа (ФПТ)
ФОТ - фильтры, в которых энергия ЭМ поля в полосе заграждения отражается от входа фильтра. Фильтры данного типа состоят из реактивных элементов: емкостей и индуктивности.
ФПТ - фильтры, в которых энергия ЭМ поля в полосе заграждения поглощается в элементах фильтра. Фильтры данного типа обязательно включают резонатор.
Реализация фильтров с идеально прямоугольными частотными характеристиками невозможно. Поэтому частотные характеристики фильтров имеют вид плавных кривых, формы которых приближаются к прямоугольным.
Частотные характеристики ФОТ, состоящих из сосредоточенных реактивных элементов, заменяют в основном:
1. функции с максимально плоской характеристикой, предложенной Баттервортом.
2. функции, содержащие полиномы Чебышева.
Крутизна обоих частотных характеристик зависит от числа реактивных элементов. При одинаковом числе реактивных элементов крутизна функции Чебышева больше крутизны функции Баттерворта.
АЧХ ФНЧ Баттерворта имеет довольно длинный горизонтальный участок и резко спадает за частотой среза. Переходная характеристика такого фильтра при ступенчатом входном сигнале имеет колебательный характер. С увеличением порядка фильтра колебания усиливаются.
Характеристика фильтра Чебышева спадает более круто за частотой среза. В полосе пропускания она имеет волнообразный характер с постоянной амплитудой. Колебания переходного процесса при ступенчатом входном сигнале сильнее, чем у фильтра Баттерворта.
2. Полосовой фильтр
Полосно-заграждающий фильтр - электронный или любой другой фильтр, не пропускающий колебания некоторой определённой полосы частот, и пропускающий колебания с частотами, выходящими за пределы этой полосы.
Заграждающий фильтр, предназначенный для подавления одной определённой частоты, называется узкополосным заграждающим фильтром или фильтром-пробкой
а) б)
Рис. 2. Полосой фильтр
а) с характеристикой Баттерворта
б) с характеристикой Чебышева
где fs1 и fs2-частоты заграждения нижняя и верхняя соответственно.
fr1 и fr2 - частоты среза нижняя и верхняя соответственно.
Amax и Amin - максимальное и минимальное затухание в полосе пропускания и заграждения соответственно.
3. Электрический расчет
Выбор размеров прямоугольного волновода
1) Задаем диапазон рабочих частот и максимальную передаваемую мощность:
0,42 ГГц < f < 0,62 ГГц
2) Определяем границы диапазона рабочих длин волн:
3) Определяем среднегеометрическую длину волны:
4) Определяем размер прямоугольного волновода:
Неравенства выполняются
5) Из ОСТ 4.206.000:
6) Определяем предельную мощность и допустимую мощность электромагнитных волн в ПВ:
7) Проверяем выполнение неравенства:
- неравенство выполняется.
Выбор размеров коаксиальной линии
1) Задаем диапазон рабочих частот, максимальную передаваемую мощность, волновое сопротивление, радиус R2 и диэлектрическую проницаемость:
0,42 ГГц < f < 0,62 ГГц
2) Определяем границы диапазона рабочих длин волн:
3) Определяем наименьшую длину волны в диэлектрике, заполняющем КЛ:
4) Выбираем величину отношения R2/R1:
5) Определяем R1, при заданном R2 и выбранному отношению:
6) Определяем критическую длину волны Н11 в КЛ:
- неравенство выполняется
7) Определяем предельную мощность, переносимую бегущей ТЕМ волной в КЛ:
8) Проверяем выполнение неравенства:
- неравенство выполняется.
Расчет полосового фильтра
Эквивалентная схема ПФ отражающего типа включает нечетное число n пар реактивных элементов (n +1)/2 последовательно соединенных индуктивностей и емкостей и (n -1)/2 параллельно соединенных индуктивностей и емкостей.
Для расчета значений емкостей и индуктивностей ПФ необходимо:
Частота среза нижняя fсн = 0,47 ГГц
Частота среза верхняя fсв = 0,58 ГГц
Граничная частота заграждения f1 = 0,45 ГГц
Граничная частота заграждения f2 = 0,6 ГГц
Сопротивление нагрузки Rн = 120 Ом
Максимальное затухание в полосе пропускания Amax = 0,28 дБ
Минимальное затухание в полосе заграждения Amin = 41 дБ
Расчет ПФ
1) fсн = 0,47 ГГц
fсв =0,58 ГГц
f1 = 0,45 ГГц
f2 = 0,6 ГГц
Amax = 0,28 дБ
Amin = 41 дБ
характеристика максимально плоская
характеристика чебышевская
Rн = 120 Ом
2)
Заключение
В результате проведенной работы был сконструирован полосовой фильтр, работающий в частотном диапазоне 0,42 - 0,62 ГГц. При конструировании данного фильтра, было определено число реактивных элементов:
- для чебышевской характеристике n =, при этом число последовательно соединенных индуктивностей и емкостей равно, а число параллельно соединенных индуктивностей и емкостей равно 4
- для характеристике Баттерворта n =, при этом число последовательно соединенных индуктивностей и емкостей равно, а число параллельно соединенных индуктивностей и емкостей равно.
Также определена эквивалентная схема ПФ отражательного типа, состоящего из сосредоточенных реактивных элементов. Рассчитаны g-параметры для ФНЧ и ПФ, определены значения емкостей и индуктивностей. Заданные в техническом задании условия выдержаны.
Библиографический список
коаксиальный фильтр полосовой волновод
1. Е.А. Воробьев. Расчет производственных допусков устройств СВЧ. Ленинград:
Судостроение, 1980 - 148 с.
2. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э. Т Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликова и др.; под ред. Э.Т. Романычевой. М.: Радио и связь, 1989. 448 с.
3. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование. Под ред. Вольмана В.И.-М.: Радио и связь, 1990-288 с.
4. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, Согласующие цепи и цепи связи, т. 1,2.-М.: Связь, 1971-440 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности современной радиотехники под фильтрацией сигналов на фоне помех. Классификация электрических фильтров. Основные методы реализации заданной передаточной функции пассивной цепи. Этапы проектирования фильтра. АЧХ идеального полосового фильтра.
курсовая работа [23,2 K], добавлен 17.04.2011Параметры элементов и характеристики проектируемого фильтра. Частотное преобразование фильтра-прототипа нижних частот. Расчет полосно-пропускающих фильтров и сумматора. Кольцевые и шлейфные мостовые схемы, бинарные делители мощности, пленочные резисторы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.01.2016Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015Принципиальная схема активного полосового фильтра на транзисторе с общим эмиттером и пассивных RC-цепях. Определение параметров нагрузки, выбор транзисторов по допустимой мощности рассеяния на коллекторе и максимальной амплитуде коллекторного тока.
курсовая работа [805,4 K], добавлен 30.12.2014Критерии классификации электрических фильтров. Проектирование фильтра в виде реактивного четырехполюсника лестничной структуры с нагрузкой на входе и выходе (фильтр Баттерворта). Данные для расчета фильтра. Допустимый разброс параметров фильтра.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 15.01.2013Цифровая обработка сигналов. Классификация вокодеров по способу анализа и синтеза речи. Структура БИХ-фильтра. Разработка функциональной схемы вокодера. Расчет параметров и характеристик набора цифровых полосовых фильтров. Алгоритм работы вокодера.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.11.2012Фильтры на основе операционных усилителей. Расчет полосового фильтра на операционных усилителях. Электрическая схема активного фильтра верхних и нижних частот. Усиление в полосе пропускания фильтра. Коэффициент прямоугольности для уровней затухания.
курсовая работа [195,1 K], добавлен 19.11.2010Разработка схемы электрической принципиальной. Выбор номиналов резисторов, конденсаторов и усилителя. Расчет полосового фильтра. Статистический анализ схемы фильтра (анализ Монте-Карло), обоснование допусков на номиналы. Конструирование платы фильтра.
курсовая работа [741,2 K], добавлен 14.01.2016Моделирование пассивных фильтров низкой частоты: однозвенных и двухзвенных. Пассивные и активные высокочастотные фильтры. Параметры элементов трехконтурного режекторного фильтра. Описание полосового фильтра активного типа. Электрическая схема фильтра.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 29.11.2010Понятие и внутренняя структура, достоинства, недостатки и области применения цифровых фильтров, классификация и разновидности. Требования задания к частотным характеристикам проектируемого фильтра. Расчет рекурсивного и нерекурсивного цифрового фильтра.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 16.01.2014Расчет линзовой антенны, ее исследование, проектирование полосового фильтра. Назначение и принцип действия линзовых антенн. Расчет облучателя, диаграммы направленности и коэффициента усиления, питающего волновода, дальности связи, ППФ и его АЧХ.
курсовая работа [563,8 K], добавлен 11.01.2008Параметры избирательного усилителя. Выбор функциональной схемы устройства. Расчет основных узлов. Схема неинвертирующего усилителя. Оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра. Номиналы конденсаторов и резисторов. Частотные характеристики фильтра.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.07.2013Проектирование схемы LC-фильтра. Определение передаточной функции фильтра и характеристики его ослабления. Моделирование фильтра на ПК. Составление программы и исчисление параметров элементов ARC-фильтра путем каскадно-развязанного соединения звеньев.
курсовая работа [824,9 K], добавлен 12.12.2010Ознакомление с основными характеристиками каскадного и некаскадного полосовых фильтров. Определение ФНЧ прототипа с целью оценки полосы пропускания и неравномерности каскадного фильтра. Рассмотрение методики синтеза некаскадного полосового фильтра.
реферат [1,5 M], добавлен 09.11.2013Электрический фильтр как частотно-избирательное устройство. Изучение и анализ работы активного полосового фильтра с заданным порядком, граничными частотами и коэффициентом передачи по напряжению. Расчет амплитудно-частотной характеристики фильтра.
курсовая работа [605,5 K], добавлен 09.02.2011Синтез схемы полосового фильтра на интегральном операционном усилителе с многопетлевой обратной связью. Анализ амплитудно-частотной характеристики полученного устройства, формирование виртуальной модели фильтра и определение электрических параметров.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.08.2010Расчет источника опорного напряжения для схемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Выбор компаратора, составление счетчика. Принцип работы АЦП. Получение полосового фильтра. Граничная частота входных сигналов. Перевод сигнала в аналоговую форму.
курсовая работа [925,5 K], добавлен 05.11.2012Разложение периодического сигнала на гармоники. Расчет фильтра для полосы частот с согласованием на выходе с сопротивлением нагрузки Rн. Расчет передаточной функции по напряжению Ku(p), графики АЧХ и ФЧХ фильтра. Расчет переходной характеристики фильтра.
курсовая работа [465,5 K], добавлен 21.01.2009Методы измерений параметров и характеристик нелинейных элементов. Принципы интегральной схемотехники. Принципы построения фазонечувствительных активных фильтров. Расчет канала преобразования и обработки квадратурного сигнала и инвертирующего сумматора.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 03.04.2016Выбор и расчет блока питания всей схемы. Назначение усилительного устройства и его структура. Выбор и расчет параметров усилителя напряжения, параметров активного фильтра и усилителя мощности. Входное сопротивление усилителя. Параметры активного фильтра.
контрольная работа [125,9 K], добавлен 05.08.2011
