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Connaissance de base des filtres
21 Jun 2023

Le filtre de ligne est un circuit de filtrage composé d'une capacité, d'une inductance et d'une résistance. Un filtre peut filtrer efficacement un point de fréquence spécifique dans la ligne électrique ou des fréquences en dehors de ce point de fréquence, obtenant un signal de puissance de fréquence spécifique ou éliminant un signal de puissance de fréquence spécifique.


Un filtre, comme son nom l'indique, est un appareil qui filtre les ondes. Wave "est un concept physique très large, et dans le domaine de la technologie électronique," wave "se limite étroitement à décrire le processus de variation des valeurs de diverses grandeurs physiques dans le temps. Ce processus est converti en une fonction temporelle de la tension ou du courant par l'action de divers capteurs, connue sous le nom de forme d'onde temporelle de diverses grandeurs physiques, ou sous forme de signal.Parce que la variable indépendante "temps" est une valeur continue, elle est appelée signal de temps continu, également communément appelé signal analogique Avec l'émergence et le développement rapide de la technologie informatique électronique numérique (communément appelée ordinateur), afin de faciliter le traitement informatique des signaux, une théorie et une méthode complètes de transformation de signaux temporels continus en signaux temporels discrets sous la direction du théorème d'échantillonnage ont émergé. C'est-à-dire que le signal analogique d'origine peut être exprimé en utilisant uniquement les valeurs d'échantillon du signal analogique d'origine sur une série de points de coordonnées temporelles discrètes sans perdre aucune information. Étant donné que les concepts d'onde, de forme d'onde et de signal expriment des changements dans diverses quantités physiques dans le monde objectif, ils sont naturellement porteurs de diverses informations sur lesquelles la société moderne s'appuie pour survivre.


Les informations doivent être transmises par la transmission de signaux de forme d'onde. Le signal peut subir une distorsion à chaque étape de sa génération, de sa conversion et de sa transmission en raison de la présence d'environnement et d'interférences. Dans de nombreux cas, cette distorsion est même sévère, ce qui fait que le signal et les informations qu'il transporte sont profondément enfouis dans le bruit.
Le filtre est l'un des composants clés essentiels des systèmes RF, principalement utilisé pour la sélection de fréquence - permettant au signal de fréquence souhaité de traverser et de refléter les signaux de fréquence d'interférence indésirables.
Un exemple classique d'application de filtre est le frontal du récepteur ou de l'émetteur, comme illustré dans la figure :

D'après la figure, on peut voir que les filtres sont largement utilisés dans les parties RF, IF et bande de base des récepteurs. Bien que les filtres numériques aient été utilisés pour remplacer les filtres analogiques dans les parties de bande de base ou même de fréquence intermédiaire du développement de la technologie numérique, les filtres de la partie RF sont toujours irremplaçables. Par conséquent, les filtres sont l'un des composants clés essentiels des systèmes RF.


Il existe de nombreuses méthodes pour classer les filtres.
Par exemple:
Les caractéristiques sélectionnées par fréquence peuvent être divisées en : passe-bas, passe-haut, passe-bande, filtre coupe-bande, etc. Selon différentes fonctions de réponse en fréquence, il peut être divisé en : Chebyshev, Chebyshev généralisé, Butterworth, Gauss, Fonction de Bessel, fonction elliptique, etc.
Il peut être divisé en filtre LC, filtre SAW/BAW, filtre en spirale, filtre diélectrique, filtre à cavité, filtre à supraconductivité à haute température et filtre à structure plane selon le mode de mise en œuvre.


Pour différentes classifications de filtres, l'approche principale consiste à décrire les différentes caractéristiques des filtres en fonction de leurs exigences spécifiques.

Les nombreuses méthodes de classification des filtres décrivent les diverses caractéristiques des filtres, qui reflètent collectivement la nécessité d'une prise en compte complète des exigences des filtres dans les applications d'ingénierie pratiques. C'est-à-dire que lors de la conception pour les besoins des utilisateurs, il est nécessaire de prendre en compte de manière exhaustive les besoins des utilisateurs.
Lors de la sélection d'un filtre, la première chose à déterminer est d'utiliser des filtres passe-bas, passe-haut, passe-bande ou coupe-bande.


Ci-dessous, nous présenterons d'abord les caractéristiques de réponse en fréquence et leurs effets de passe-haut, passe-bas, passe-bande et coupe-bande, qui sont classés en fonction des caractéristiques sélectionnées par fréquence.



Les filtres les plus couramment utilisés sont le passe-bas et le passe-bande. Le passe-bas est largement utilisé dans la suppression d'image dans la section mélangeur et la suppression des harmoniques dans la section source de fréquence.

Le passe-bande est largement utilisé dans la sélection du signal à l'extrémité avant du récepteur, la suppression du bruit post-amplificateur dans l'émetteur et la suppression du bruit de la source de fréquence.
Les filtres sont largement utilisés dans les systèmes à micro-ondes et radiofréquences, et en tant que composant fonctionnel, il doit y avoir des indicateurs de performance électrique correspondants pour décrire les exigences de performance du système pour ce composant.
Selon les différents scénarios d'application, il existe différentes exigences pour certaines caractéristiques de performance électrique des filtres. Les indicateurs techniques décrivant les performances électriques des filtres comprennent : l'ordre (série), la bande passante absolue/la bande passante relative, la fréquence de coupure, l'onde stationnaire, la suppression hors bande, l'ondulation, la perte, la planéité de la bande passante, la linéarité de phase, le retard de groupe absolu, la fluctuation du retard de groupe , capacité de puissance, cohérence de phase, cohérence d'amplitude et plage de température de fonctionnement.


Ce qui suit explique les indicateurs de performance électrique du filtre un par un.

Ordre (série) : pour les filtres passe-haut et passe-bas, l'ordre est la somme du nombre de condensateurs et d'inductances dans le filtre. Pour les filtres passe-bande, l'ordre est le nombre total de résonateurs parallèles ; Pour le filtre coupe-bande, l'ordre est le nombre total de résonateurs série et parallèle
résonateurs.


Bande passante absolue/bande passante relative : cet indicateur est généralement utilisé pour les filtres passe-bande, caractérisant la plage de fréquence du signal pouvant traverser le filtre et reflétant la sélection de fréquence du filtre. La bande passante relative est le pourcentage de la bande passante absolue par rapport à la fréquence centrale.




Fréquence de coupure : La fréquence de coupure est généralement utilisée pour les filtres passe-haut et passe-bas. Pour les filtres passe-bas, la coupure caractérise la plage de fréquences la plus élevée que le filtre peut traverser ; Pour les filtres passe-haut, la fréquence de coupure représente la plage de fréquences la plus basse que le filtre peut traverser.


Onde stationnaire : Le S11 mesuré par le réseau vectoriel représente le degré d'adaptation entre l'impédance du port du filtre et l'impédance requise du système. Indique combien de signaux d'entrée ne parviennent pas à entrer dans le filtre et sont réfléchis vers l'extrémité d'entrée.



Perte : La perte représente l'énergie perdue par un signal après avoir traversé un filtre, c'est-à-dire l'énergie consommée par le filtre.


Planéité de la bande passante : la valeur absolue de la différence entre la perte maximale et la perte minimale dans la plage de bande passante du filtre. Caractériser la différence de consommation d'énergie des filtres pour des signaux de fréquences différentes.


Suppression hors bande : "l'atténuation" au-delà de la plage de fréquences de la bande passante du filtre. Caractériser la capacité du filtre à sélectionner les signaux de fréquence indésirables. Ondulation : la différence entre les pics et les vallées de la fluctuation de la courbe S21 dans la bande passante du filtre.


Linéarité de phase : la différence de phase entre la phase dans la plage de fréquences de la bande passante du filtre et une ligne de transmission avec un retard égal à la fréquence centrale. Caractériser les caractéristiques de dispersion des filtres.


Retard de groupe absolu : le temps nécessaire pour qu'un signal soit transmis du port d'entrée au port de sortie dans la plage de bande passante du filtre.


Fluctuation du délai de groupe : la différence entre le délai de groupe absolu maximum et minimum dans la plage de bande passante du filtre. Caractériser les caractéristiques de dispersion des filtres.


Capacité de puissance : La puissance maximale du signal de bande passante qui peut être entrée dans le filtre. Cohérence de phase : la différence de phase des signaux de transmission entre différents filtres dans le même lot et le même indicateur. Caractériser les différences (cohérence) entre les filtres par lots.


Cohérence d'amplitude : la différence de perte de signal de transmission entre différents filtres dans le même lot et le même indicateur. Caractériser les différences (cohérence) entre les filtres par lots.


Linéarité de phase : la différence de phase entre la phase dans la plage de fréquences de la bande passante du filtre et une ligne de transmission avec un retard égal à la fréquence centrale. Caractériser les caractéristiques de dispersion des filtres.


Retard de groupe absolu : le temps nécessaire pour qu'un signal soit transmis du port d'entrée au port de sortie dans la plage de bande passante du filtre.


Fluctuation du délai de groupe : la différence entre le délai de groupe absolu maximum et minimum dans la plage de bande passante du filtre. Caractériser les caractéristiques de dispersion des filtres.


Capacité de puissance : La puissance maximale du signal de bande passante qui peut être entrée dans le filtre.


Cohérence de phase : la différence de phase des signaux de transmission entre différents filtres dans le même lot et le même indicateur. Caractériser les différences (cohérence) entre les filtres par lots.


Cohérence d'amplitude : la différence de perte de signal de transmission entre différents filtres dans le même lot et le même indicateur. Caractériser les différences (cohérence) entre les filtres par lots.

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