Koleksi

Dasar-dasar desain filter RF

Dasar-dasar desain filter RF

Desain filter RF sering dianggap sulit dan hanya diperuntukkan bagi pengembang ahli. Meskipun desain filter RF dapat menjadi rumit, prosesnya dapat disederhanakan dan dibuka untuk memungkinkannya diselesaikan oleh dan perancang elektronik.

Untuk memastikan bahwa desain filter RF dicapai secara optimal, diperlukan persyaratan parameter kinerja yang diperlukan sehingga keputusan tentang topologi, jenis filter, dan sejenisnya dapat diambil.

Namun, apa pun desain filter yang sebenarnya diperlukan, metodologi dasar yang sama digunakan untuk merancang filter apa pun. Menggunakan metodologi berarti bahwa semua persyaratan yang diperlukan telah diterapkan, pendekatan desain yang tepat digunakan, dan pada akhirnya filter RF yang benar dirancang.

Dasar-dasar desain filter RF

Secara umum, filter memodifikasi amplitudo dan fase bentuk gelombang sinusoidal yang melewatinya. Perubahan ini bervariasi sesuai dengan frekuensi sinusoid individu dalam bentuk gelombang keseluruhan.

Kebanyakan filter adalah apa yang disebut filter linier. Dengan demikian mereka tidak memiliki tindakan non-linier di mana responsnya proporsional dengan input. Sebaliknya sinyal melewati dan amplitudo serta fase mereka diubah secara linier sesuai dengan frekuensinya.

Dari sini dimungkinkan untuk menentukan beberapa parameter desain filter RF utama yang merupakan faktor-faktor yang mengubah sinyal, yaitu penguatan, G dan pergeseran fasa θ. Karena penguatan G dan pergeseran fasa θ bergantung pada frekuensi, yaitu fungsi frekuensi, keduanya dapat dinyatakan sebagai berikut:

G =G (f)

θ =θ (f)

Kedua fungsi ini masing-masing mewakili respons magnitudo (sering disebut sebagai respons frekuensi) dan respons fase filter.

Kedua fungsi ini mengatur fitur utama yang perlu diketahui tentang filter. Untuk dapat menentukan fungsinya, dimungkinkan untuk merancang filter RF.

Biasanya contoh desain filter RF lolos rendah digunakan pertama kali dan kemudian ini diperluas untuk menyertakan bentuk filter lainnya. Karenanya kita akan melihat desain low pass filter terlebih dahulu.

Filter nyata dan ideal

Saat merancang filter RF, akan ideal jika filter memungkinkan sinyal dalam jalur-lewat tanpa ada perubahan dalam amplitudo atau fase. Filter seperti ini dapat memiliki respons persegi panjang, langsung menuju ke stop-band dan memberikan tingkat atenuasi stop-band yang diperlukan.

Sayangnya, tidak mungkin merancang filter RF seperti ini, dan desain filter RF yang sebenarnya hanya dapat mendekati kurva dan parameter respons yang ideal. Perkiraan ini kemudian dapat digunakan sebagai berbagai jenis filter yang ada. Ini termasuk Butterworth, Bessel, Chebyshev, Elliptical, Gaussian dan banyak lagi.

Dengan menggunakan pendekatan matematis untuk desain filter RF, dimungkinkan untuk menggunakan hubungan matematis. Dapat dibuktikan bahwa kuadrat dari respons untuk semua filter yang dapat direalisasikan dapat dinyatakan sebagai rasio dua genap, yaitu polinomial rasional. Ini berarti ekspresi matematika umum untuk semua desain filter RF adalah:

G2f=B2(f)SEBUAH2(f)

Desain filter RF & normalisasi

Sementara persamaan yang relatif mudah tersedia untuk filter Butterworth dan filter K konstan, bentuk filter lain memerlukan perhitungan yang lebih rumit.

Pendekatan desain filter RF yang telah digunakan selama bertahun-tahun menggunakan apa yang disebut filter normalisasi. Satu set variabel dihitung untuk satu set standar kondisi dan ini dan ditabulasi siap untuk digunakan dan penskalaan ke kondisi yang diperlukan.

Filter yang dinormalisasi akan memiliki frekuensi cut-off 1 radian per detik, yaitu 0,159Hz dan impedansi 1Ω. Nilai-nilai ini kemudian dapat diskalakan dengan sangat mudah untuk digunakan pada frekuensi dan impedansi yang diperlukan. Dengan cara ini, matematika yang membosankan dan rumit yang diperlukan untuk desain filter RF dikurangi menjadi lebih dari sekadar menentukan persyaratan dan kemudian menemukan tabel nilai yang relevan. Tabel tersedia dalam berbagai buku dan bahkan online.

Persyaratan yang harus dipilih pertama kali meliputi parameter seperti jenis filter (Butterworth, Chebyshev, dll.), Tingkat riak, dll., Urutan filter (yaitu jumlah induktor dan kapasitor), dll.

Setelah ini dipilih, tabel yang relevan dapat ditemukan dan nilai untuk elemen dalam filter ditentukan.

Desain & penskalaan filter RF

Setelah desain filter direalisasikan dalam bentuk normalisasi, maka perlu untuk mengubah nilai ke frekuensi dan impedansi yang diperlukan. Dalam format yang dinormalisasi, desain filter memiliki cut-off 0,159 Hz, yaitu 1 radian per detik dan dirancang untuk bekerja dengan resistansi beban 1 Ω.

C =Cn2πfcR

L=R  Ln2  π  fc

Dimana:
C = nilai kapasitor nyata
L = nilai induktor nyata
Cn = nilai kapasitor yang dinormalisasi
Ln = nilai induktor ternormalisasi
R = nilai resistor beban yang dibutuhkan
fc = frekuensi cut-off yang dibutuhkan

Proses desain filter RF

Ada sejumlah langkah atau tahapan dalam proses desain filter RF. Mengikuti ini secara berurutan membantu filter RF dirancang dengan cara yang logis. Langkah-langkah ini untuk desain low pass filter - tahap selanjutnya untuk mentransfernya ke high pass atau band pass filter diberikan pada halaman berikut.

Sementara beberapa program komputer memungkinkan desain langsung, seringkali desain menggunakan tabel, dll masih banyak digunakan. Jika program komputer digunakan, proses desain filter dapat dimodifikasi.

  1. Tentukan respons yang dibutuhkan: tahap pertama dalam proses ini adalah menentukan respons yang diperlukan. Elemen seperti titik potong, atenuasi pada titik tertentu, dll.
  2. Normalisasi frekuensi: Untuk dapat menggunakan berbagai tabel dan diagram kurva filter, semua frekuensi perlu diubah sehingga titik potong berada pada 1 radio per detik dan titik lainnya relatif terhadap ini.
  3. Tentukan riak pass-band maksimum: Salah satu langkah utama dalam desain filter RF adalah memahami seberapa besar riak in-band dapat ditoleransi. Semakin banyak riak, semakin besar tingkat selektivitas yang bisa diperoleh. Semakin besar selektivitas, semakin cepat transisi dari pass-band ke ultimate roll off.
  4. Cocokkan kurva atenuasi yang diperlukan dengan kurva dari filter: Dengan pengetahuan tentang karakteristik, baik dalam hal riak dan penolakan yang diperlukan pada titik-titik tertentu, dimungkinkan untuk menentukan jenis filter dan juga urutan atau jumlah elemen yang diperlukan dalam desain filter.
  5. Tentukan nilai elemen: Dengan menggunakan tabel pencarian yang relevan, nilai komponen filter yang dinormalisasi dapat ditentukan
  6. Skala nilai yang dinormalisasi: Akhirnya nilai perlu diskalakan untuk frekuensi dan resistansi cut-off yang diperlukan.

Nilai dan kurva filter dapat ditemukan di sejumlah buku desain filter termasuk "Buku Pegangan Sintesis Filter" oleh Zvrev, pub Wiley.

Saat ini banyak program desain sirkuit dan desain filter atau Aplikasi tersedia secara online atau sebagai unduhan aplikasi.

Dengan menggunakan aplikasi ini, seringkali dimungkinkan untuk memasukkan persyaratan secara langsung dan agar desain muncul. Namun tetap disarankan untuk dapat memahami proses desain dari prinsip-prinsip dasar dan dengan cara ini batasan trade-off dapat dipahami dengan lebih baik.

Memahami dasar-dasar desain filter RF tidak hanya memungkinkan filter untuk dirancang, tetapi bahkan jika desain sebenarnya tidak dilakukan, ini memberikan wawasan yang lebih luas tentang proses dan spesifikasi filter itu sendiri.


Tonton videonya: Bandpass Filter Circuit (Oktober 2021).