Sekalaiset

Mikä on Butterworthin RF-suodatin - perusteet

Mikä on Butterworthin RF-suodatin - perusteet


Butterworth-suodatintopologiaa käytetään laajalti monissa RF- ja yleisissä suodatinsovelluksissa.

Yksi Butterworth-suodattimen pääominaisuuksista on, että sillä on mitä kutsutaan maksimaalisesti tasaiseksi vasteiksi kaistallaan.

<>

Itse asiassa Butterworth-suodatinta pidetään usein hyvänä suodattimena, joka soveltuu moniin sovelluksiin, vaikka se ei tarjoa terävintä rajaa.

Butterworth-suodattimen kehitys

Langattoman tekniikan alkuaikoina suodatintekniikka ei ollut läheskään yhtä edistyksellistä kuin nykyään. Suodattimia ja niiden toteutumista ja niiden suorituskyvyn ennustamista koskevaa tutkimusta tehtiin monilla alueilla.

Eräässä kehityksessä Stephen Butterworth Admiraliteetin tutkimuslaboratoriosta sitoutui kehittämään suodattimen, joka tuotti tasaisen vastauksen päästökaistalla. Butterworth julkaisi paperin työstään Isossa-Britanniassa lokakuussa 1930. Paperin otsikko oli "Suodatinvahvistimien teoriasta" ja siinä hän kehitti perusyhtälöt maksimaalisesti tasaiselle suodattimelle käytettäväksi RF-venttiilivahvistimissa.

Artikkeli julkaistiin lehdessä nimeltä Experimental Wireless and Wireless Engineer. Iliffe and Sons julkaisi tämän otsikon Isossa-Britanniassa 1920-luvulla ja 1930-luvun alussa. Myöhemmin nimi muutettiin nimellä "Wireless Engineer and Experimental Wireless".

Artikkelissa Butterworth totesi:

Järjestelmän kompaktuuden lisäksi suodatinvahvistimella on etu ortodoksisiin järjestelmiin verrattuna siinä, että vastuksen vaikutus on täysin hallinnassa, jotta voimme rakentaa suodattimia, joissa herkkyys on tasainen läpivientialueella.

Tuolloin suuri osa tästä tekniikasta oli suhteellisen uutta, ja tämän lisäksi kuluu vuosia, ennen kuin tietotekniikka oli käytettävissä piirien analysointiin. Tämän seurauksena suodatinmalleilla oli taipumus osoittaa suuria kaistan sisäisiä aaltoiluja, ja tämä oli ongelma, kun ihmiset tarvitsivat tasaisempia vastauksia. Butterworth oli ensimmäinen henkilö, joka pystyi saavuttamaan lähes tasaisen kaistan sisäisen vastauksen.

Paperissaan Butterworth tuotti yhtälöt kaksi- ja nelinapaisille suodattimille. Suodattimen todellisen häviön minimoimiseksi hän näytti kuitenkin, kuinka muut osat voisivat olla ristissä termionisen venttiilin, tyhjiöputkivahvistimien kanssa.

Butterworth-suodattimen amplitudivaste

Kuten edellä mainittiin, Butterworth-suodattimen keskeinen piirre on, että sillä on maksimaalisesti tasainen vaste päästökaistalla, ts. Sillä ei ole vastevyönteitä, kuten monien muiden RF-suodattimien tapauksessa.

On taajuus, joka tunnetaan raja-taajuutena. Tämä määritellään Butterworth-suodattimen vastepisteeksi, jossa teho putoaa puoleen, ts. Jännite putoaa 71 prosenttiin, ts. 1 / √2 sen maksimiamplitudista matalilla taajuuksilla. On myös syytä huomata, että suurin amplitudi eli minimihäviö Butterworth-suodattimen vasteelle tapahtuu 0 Hz: llä tai radiaaneilla / s.

Kun piirretään logaritmisille asteikoille, Butterworth-suodattimen vaste on tasainen päästökaistallaan ja rullaa sitten lopullisella lineaarisella vierintänopeudella -6 dB / oktaavi (-20 dB / vuosikymmen). Toisen kertaluvun suodatin pienenee -12 dB: llä oktaavia kohden. Jne. Lopullinen poistumisnopeus on oikeastaan ​​sama kaikille saman asteen alipäästö- ja ylipäästösuodattimille suodatintyypistä riippumatta.

Verrattuna muihin suodatintyyppeihin, kuten Chebyshev- tai elliptinen suodatin, Butterworth-suodatin saavuttaa lopullisen siirtymisnopeutensa hitaammin. Itse asiassa Butterworth-suodatin johdettiin sillä perusteella, että rajataajuuden alapuolella oleva käyttäytyminen oli tärkeämpää kuin millään muulla taajuudella. Tämä tarkoittaa, että se on hyvä äänisovelluksille. Se tarkoittaa kuitenkin, että sillä on siedettävästi hyvä amplitudivaste ja hyvä vaihevaste, vaikka suorituskyky katkaisutaajuuden ympärillä on heikko.

Butterworth-suodattimen vaihevaste

Butterworth-suodattimen lisäetuna on, että Butterworth-suodattimilla on lineaarisempi vaihevaste päästökaistalla kuin tyypit, kuten Chebyshev- tai elliptiset suodattimet, eli Butterworth-suodatin pystyy tarjoamaan paremman ryhmäviiveen suorituskyvyn ja myös matalamman tason ylitys.

Butterworth-suodattimen impulssivaste

Butterworth-suodatin voidaan arvioida myös sen aika-alueen vasteen mukaan lukien vaste impulsseihin. Sillä on vaste, joka antaa kasvavan ylitysasteen suodattimen järjestyksen kasvaessa. Neljännen asteen suodattimessa, ts. N = 4, ylityksen taso ylittää 11%.

Optimaalisen suodatusmuodon analysoinnissa on parasta analysoida eri tyyppien erilaisia ​​etuja ja haittoja. Butterworth tarjoaa tasaisen un band -vasteen ja lineaarisemman vaihevasteen kuin monet muut.


Katso video: Miksi kaikki kamerat ja linssit eivät mene yhteen?? (Syyskuu 2021).