المجموعات

أساسيات تصميم مرشح الترددات اللاسلكية

أساسيات تصميم مرشح الترددات اللاسلكية

غالبًا ما يُعتقد أن تصميم مرشح الترددات اللاسلكية صعب ومخصص فقط للمطورين المتخصصين. على الرغم من أن تصميم مرشح الترددات اللاسلكية يمكن أن يكون معقدًا ، إلا أنه يمكن تبسيط العملية وفتحها لتمكين المصمم الإلكتروني من إنجازها.

لضمان تحقيق التصميم الأمثل لمرشح التردد اللاسلكي ، من الضروري وجود متطلبات معلمات الأداء المطلوبة حتى يمكن اتخاذ القرارات بشأن الهيكل وأنواع المرشحات وما شابه ذلك.

ومع ذلك ، مهما كان تصميم المرشح الفعلي المطلوب ، يتم استخدام نفس المنهجية الأساسية لتصميم أي مرشح. يعني استخدام منهجية أنه يتم أخذ جميع المتطلبات الضرورية على متن الطائرة ، ونهج التصميم الصحيح المستخدم ، وفي النهاية تم تصميم مرشح الترددات اللاسلكية الصحيح.

أساسيات تصميم مرشح الترددات اللاسلكية

بشكل عام ، تقوم المرشحات بتعديل سعة ومراحل أشكال الموجة الجيبية التي تمر عبرها. يختلف هذا التغيير وفقًا لتكرار أشباه الجيوب الفردية داخل شكل الموجة الكلي.

معظم المرشحات هي ما يسمى المرشحات الخطية. على هذا النحو ليس لديهم إجراءات غير خطية تكون الاستجابة فيها متناسبة مع المدخلات. بدلاً من ذلك ، تمر الإشارات ويتم تغيير اتساعها وطورها بطريقة خطية وفقًا لترددها.

من الممكن تحديد بعض المعلمات الرئيسية لتصميم مرشح الترددات الراديوية والتي هي العوامل التي يتم من خلالها تغيير الإشارة ، أي الكسب ، G وتحول الطور θ. نظرًا لأن كلا من الكسب G وتحول الطور θ يعتمدان على التردد ، أي أنهما وظائف تردد ، يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

جي =جي (F)

θ =θ (F)

تمثل هاتان الوظيفتان استجابة الحجم (يشار إليها غالبًا باسم استجابة التردد) واستجابة الطور للمرشح على التوالي.

تتحكم هاتان الوظيفتان في الميزات الرئيسية التي يجب معرفتها عن المرشح. في القدرة على تحديد الوظائف ، من الممكن تصميم مرشح الترددات اللاسلكية.

عادةً ما يتم استخدام مثال تصميم مرشح الترددات اللاسلكية المنخفض التمرير في المقام الأول ثم يتم توسيعه ليشمل أشكالًا أخرى من المرشحات. وفقًا لذلك ، سننظر في تصميم مرشح التمرير المنخفض أولاً.

مرشحات حقيقية ومثالية

عند تصميم مرشح RF ، سيكون من المثالي أن يسمح المرشح للإشارات داخل نطاق التمرير دون أي تغيير في السعة أو الطور. يمكن أن يكون لمرشحات مثل هذه استجابة مستطيلة ، تسقط مباشرة إلى نطاق التوقف الخاص بها وتعطي المستوى المطلوب من توهين نطاق التوقف.

لسوء الحظ ، لا يمكن تصميم مرشحات RF مثل هذه ، ويمكن أن تقترب تصميمات مرشح RF الحقيقي فقط من منحنيات الاستجابة المثالية والمعلمات. يمكن بعد ذلك استخدام هذه التقريبات كأنواع مختلفة من المرشحات الموجودة. وتشمل هذه بتروورث ، بيسيل ، تشيبيشيف ، بيضاوي الشكل ، جاوس وغيرها الكثير

باستخدام نهج رياضي لتصميم مرشح الترددات اللاسلكية ، من الممكن استخدام علاقة رياضية. يمكن إثبات أن مربع الاستجابة لجميع المرشحات القابلة للتحقيق يمكن التعبير عنها كنسبة اثنين حتى ، أي كثيرات الحدود المنطقية. هذا يعني أن التعبير الرياضي العام لجميع تصميمات مرشحات التردد اللاسلكي هو:

جي2F=ب2(F)أ2(F)

تصميم مرشح الترددات اللاسلكية والتطبيع

بينما تتوفر المعادلات المباشرة نسبيًا لمرشحات Butterworth ومرشحات Constant-K ، تتطلب أشكال المرشحات الأخرى حسابات أكثر تعقيدًا.

يستخدم نهج تصميم مرشح الترددات اللاسلكية الذي تم استخدامه لسنوات عديدة ما يسمى المرشحات المعيارية. يتم حساب مجموعة من المتغيرات لمجموعة قياسية من الشروط وهذه ومجدولة جاهزة للاستخدام وقياسها حسب الشروط المطلوبة.

سيكون للمرشح المقيس تردد قطع قدره 1 راديان في الثانية ، أي 0.159 هرتز ومقاومة 1 Ω. يمكن بعد ذلك تحجيم هذه القيم بسهولة شديدة لاستخدامها في التردد والمقاومة المطلوبين. وبهذه الطريقة ، تم تقليل الرياضيات المملة والمتضمنة المطلوبة لتصميم مرشح الترددات اللاسلكية إلى ما يزيد قليلاً عن تحديد المتطلبات ثم إيجاد جدول القيم ذي الصلة. الطاولات متوفرة في مجموعة متنوعة من الكتب وحتى على الإنترنت.

تتضمن المتطلبات التي يجب اختيارها أولاً معلمات مثل نوع المرشح (بتروورث ، تشيبيشيف ، إلخ) ، ومستوى التموج ، إلخ ، وترتيب المرشح (أي عدد المحاثات والمكثفات) ، إلخ.

بمجرد اختيار هذه العناصر ، يمكن العثور على الجدول المناسب وتحديد قيم العناصر في المرشح.

تصميم مرشح الترددات اللاسلكية وقياسها

بمجرد أن يتحقق تصميم المرشح في شكله المقيس ، من الضروري بعد ذلك تحويل القيم إلى التردد والمقاومة المطلوبين. في التنسيق المعياري ، يحتوي تصميم المرشح على حد قطع قدره 0.159 هرتز ، أي 1 راديان في الثانية ، وهو مصمم للعمل في مقاومة تحميل تبلغ 1 Ω.

ج =جن2πFجص

إل=ص  إلن2  π  Fج

أين:
C = قيمة المكثف الحقيقية
L = قيمة المحرِّض الحقيقي
Cn = قيمة المكثف المقيس
Ln = قيمة المحرِّض المقيس
R = قيمة مقاومة الحمل المطلوبة
fc = تردد القطع المطلوب

عملية تصميم مرشح الترددات اللاسلكية

هناك عدد من الخطوات أو المراحل في عملية تصميم مرشح الترددات اللاسلكية. يساعد اتباع هذه الأمور بالترتيب على تصميم مرشح التردد اللاسلكي بطريقة منطقية. هذه الخطوات خاصة بتصميم مرشح التمرير المنخفض - توجد مراحل أخرى لنقل هذا إلى مرشح تمرير عالي أو مرشح تمرير النطاق في الصفحات التالية.

في حين أن بعض برامج الكمبيوتر قد تسمح بالتصميم المباشر ، إلا أن التصميم باستخدام الجداول وما إلى ذلك لا يزال مستخدمًا على نطاق واسع. إذا تم استخدام برنامج كمبيوتر ، فيمكن تعديل عملية تصميم المرشح وفقًا لذلك.

  1. تحديد الاستجابة المطلوبة: المرحلة الأولى في العملية هي تحديد الاستجابة المطلوبة بالفعل. عناصر مثل نقطة الفصل والتوهين عند نقطة معينة وما إلى ذلك.
  2. تطبيع الترددات: من أجل التمكن من استخدام الجداول والرسوم البيانية المختلفة لمنحنيات المرشح ، من الضروري تحويل جميع الترددات بحيث تكون نقطة القطع عند راديو واحد في الثانية وأي نقاط أخرى متعلقة بذلك.
  3. تحديد أقصى تموج تمرير النطاق: تتمثل إحدى الخطوات الرئيسية في تصميم مرشح الترددات اللاسلكية في فهم مقدار التموج داخل النطاق الذي يمكن تحمله. كلما زاد التموج ، زاد مستوى الانتقائية التي يمكن الحصول عليها. كلما زادت الانتقائية ، زادت سرعة الانتقال من نطاق التمرير إلى التدحرج النهائي.
  4. تطابق منحنيات التوهين المطلوبة مع تلك الموجودة في المرشح: من خلال معرفة الخصائص ، من حيث التموج والرفض المطلوب في نقاط معينة ، من الممكن تحديد نوع المرشح وكذلك ترتيب أو عدد العناصر المطلوبة داخل تصميم المرشح.
  5. تحديد قيم العنصر: باستخدام جداول البحث ذات الصلة ، يمكن تحديد قيم مكونات عامل التصفية المعيارية
  6. مقياس القيم المقيسة: أخيرًا ، يجب تحجيم القيم لتردد القطع والمقاومة المطلوبين.

يمكن العثور على قيم ومنحنيات التصفية في عدد من كتب تصميم المرشح بما في ذلك "دليل تركيب المرشح" بواسطة Zvrev ، Pub Wiley.

تتوفر اليوم العديد من برامج تصميم الدوائر وتصميم المرشحات أو التطبيقات عبر الإنترنت أو كتنزيل للتطبيق.

باستخدام هذه التطبيقات ، غالبًا ما يكون من الممكن تغذية المتطلبات مباشرة وظهور التصميم. ومع ذلك ، فمن المستحسن أن تكون قادرًا على فهم عملية التصميم من المبادئ الأساسية وبهذه الطريقة يمكن فهم قيود المقايضات بشكل أفضل.

إن فهم أساسيات تصميم مرشح الترددات اللاسلكية لا يتيح فقط تصميم المرشحات ، ولكن حتى إذا لم يتم تنفيذ التصميم الفعلي ، فإنه يوفر رؤية أعمق للعملية ومواصفات المرشحات نفسها.


شاهد الفيديو: IT Networking course - دورة أساسيات الشبكات الحاسوبية- الجلسة الثانية (قد 2021).