Что такое полоса пропускания фильтра

Основы радиолокации

Полосой пропускания радиолокационного приемника называют полосу частот, в пределах которой его амплитудно-частотная характеристика достаточно равномерна и не приводит к искажению принимаемого сигнала. Полоса пропускания характеризуется верхней и нижней частотой, а также шириной, которая определяется как разница между ними. Для обозначения ширины полосы пропускания используют символы B , BW , Δf или П . В случае видеосигнала ширина полосы пропускания равна верхней частоте полосы пропускания. В радиолокационном приемнике ширина полосы пропускания определяется, главным образом, фильтрами промежуточной частоты. Основополагающим здесь является требование, чтобы приемник мог обрабатывать весь спектр частот отраженных от целей сигналов.

Ширина полосы пропускания оказывает существенное влияние на отношение «сигнал-шум» и, значит, на чувствительность приемника. Поскольку шум присутствует на всех частотах, то чем шире полоса пропускания приемника, тем выше будет уровень шума, прошедшего через нее.

При проектировании ширина полосы пропускания приемника приближенно определяется шириной информативной части спектра принимаемого сигнала. Под информативной частью спектра сигнала подразумевают ту его часть, при сохранении которой искажения сигнала не превышают допустимого уровня. Так, для обнаружения прямоугольного импульса при помощи быстрого преобразования Фурье (БПФ) ширина полосы пропускания приемника должна быть равна наивысшей гармонике его спектра. Чем шире полоса пропускания приемника, тем круче будут фронты импульсов на его выходе.

В общем случае, необходимая ширина полосы пропускания B приемника для сигнала в виде полупериода синусоиды длительностью τ определяется по формуле:

Под влиянием эффекта Допплера длительность отраженного сигнала и ширина его спектра могут изменяться. Следовательно, для получения информации о допплеровской частоте, ширина полосы пропускания радиолокационного приемника должна быть несколько шире, чем спектр излучаемого зондирующего сигнала.

В радиолокаторе, использующем зондирующие сигналы с внутриимпульсной модуляцией, необходимая ширина полосы пропускания приемника будет намного выше величины, определяемой при помощи формулы (1). В этом случае ширина полосы пропускания зависит от вида и параметров модуляции зондирующего сигнала, длительности сжатого импульса и параметров весовой функции, применяемой для достижения заданного уровня боковых лепестков импульса после сжатия.

Максимальная практически достижимая ширина полосы частот при использовании современных технологий составляет 200 МГц. Высококачественные приемники могут иметь настраиваемую полосу пропускания.

Соотношение длительности сигнала и ширины полосы пропускания

Одним из распространенных показателей, используемых для оценивания устройств сжатия импульсов, является произведение длительности импульса и ширины полосы пропускания: τ·B (измеряется в [мкс·МГц]). В некоторых радиолокационных системах это произведение может достигать значений от 5 до 1000. При невысоких значениях произведения (например, от 5 до 15) применяют дополнительные меры по ослаблению боковых лепестков сжатия, достигая уровня около 35 дБ. При более высоких значениях произведенияя (от 15 до 500) обеспечивается ослабление боковых лепестков сжатия на уровне 45 дБ.

Значение произведения длительности импульса и ширины полосы пропускания около 1000 говорит о высоком разрешении по дальности, обеспечивающем, например, реализацию метода измерения высоты цели по разнице между временем запаздывания прямого эхо-сигнала и переотраженного от подстилающей поверхности (Многолучевой метод определения высоты).

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрій Музиченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Что такое полоса пропускания фильтра

Фильтры
ООО «Радиокомп»

Москва, ул. Волгоградский проспект, 42
filin-rf@radiocomp.ru
₁ +7(495) 957-77-45 — отдел продаж (c 9:00 до 18:00)
₂ +7(495) 361-09-04 — тех. поддержка (c 9:00 до 19:00)

• Главная
• Информационные материалы
• Заказ фильтров
• Наши контакты

Термины и определения

Описание и расшифровка используемой терминологии

частота полосового фильтра, равная среднему арифметическому между верхней и нижней частотой полосы пропускания фильтра.

максимальная мощность сигнала, подаваемая на вход. Причиной ограничения подаваемой мощности является то, что при большой мощности сигнала некоторые пассивные элементы могут вести себя нелинейно. Также может произойти пробой устройства.

мера согласованности комплексных сопротивлений подключаемой 50-омной нагрузки с фильтром. Стандартом в радиотехнической отрасли является согласование на 50 Ом. Все устройства, представленные в каталоге согласованы на это значение.

величина, выражаемая в децибелах и характеризующая степень уменьшения мощности сигнала на данных частотах, при прохождении через фильтр. На рисунке 2 показаны области частот фильтра, с гарантированным затуханием 60 дБ и 30 дБ. Обычно пишется абсолютное знгачение [дБ], может быть указано относительно потерь на центральной частоте [дБн].

максимальная мощность сигнала, подаваемая на вход. Причиной ограничения подаваемой мощности является то, что при большой мощности сигнала некоторые пассивные элементы могут вести себя нелинейно. Также может произойти пробой устройства.

отношение ширины полосы заграждения фильтра по одному заданному уровню (например, 30 дБ) к ширине полосы пропускания по другому заданному уровню (например, 3 дБ)

Пример определения прямоугольности фильтра:

прямоугольность @-0,5дБ @-30дБ =(46,23-26,35)/(40,5-29,5)=1.80;

прямоугольность @-0,5дБ @-60дБ =(53,29-23,36)/(40,5-29,5)=2.72.

число независимых резонансных контуров в системе. В системах на сосредоточенных элементах порядок фильтра определяется числом LC контуров, в устройствах на коаксиально-керамических резонаторах – числом резонаторов.

верхняя для фильтра нижних частот или нижняя для фильтра верхних частот частота, на которой величина ослабления равна 3 дБ.

отношение максимального значения АЧХ фильтра к минимальному значению в заданном диапазоне полосы пропускания, выраженное в дБ.

характеристика, показывающая величину временной задержки при прохождении сигнала определенной частоты через фильтр.

разность максимального и минимального ГВЗ в полосе пропускания. Пример вычисления НГВЗ показан на риснке 3.

характеристика, показывающая величину набега фазы при прохождении сигнала определенной частоты через фильтр. Пример ФЧХ показан на риснке 4.

Полоса пропускания фильтра

полоса частот, в которой затухание передачи фильтра равно или менее заданного значения.

Поделиться

• Telegram
• Whatsapp
• Вконтакте
• Одноклассники
• Email

Научные статьи на тему «Полоса пропускания фильтра»

Расчет электрических фильтров

Определение 2 Полоса прозрачности (пропускания) – это полоса частот, которая пропускается электрическим.
Полоса частот, пропускаемая электрическим фильтром с затуханием, является полосой затухания (непрозрачности.
В данной полосе, в отличии от полосы пропускания, коэффициент ослабления максимально большой (в полосе.
При расчете электрического фильтра данным способом задаются наибольшее затухание в полосе пропускания.
частота пропускания); сопротивление нагрузки; граничная частота полосы непрозрачности, на которой затухание

Автор Демьян Бондарь
Источник Справочник
Категория Электроника, электротехника, радиотехника
Статья от экспертов

Перестраиваемые фильтры с регулируемой полосой пропускания

Розглянуто питання побудови синхронно-фазових фільтрів із змінною смугою. Наведено експериментальні дані.

Автор(ы) Е. В. Олигов
С. Г. Олиферко

Источник Вісник Національного технічного університету України Київський політехнічний інститут. Серія: Радіотехніка. Радіоапаратобудування

Научный журнал

Фильтры СВЧ

По частоте пропускания выделяются следующие типы фильтров: фильтры верхних частот, фильтры нижних частот.
, фазовые фильтры, режекторные фильтры и полосно-пропускающие фильтры.
Определение 2 Полоса пропускания – это область частот, в которой лежат составляющие, пропускаемые.
к фильтру требований (расположение паразитных полос пропускания, значение рабочих частот, максимальное.
затухание в полосе задержания, добротность).

Автор Демьян Бондарь
Источник Справочник
Категория Электроника, электротехника, радиотехника
Статья от экспертов

Многоканальный фильтр на ПАВ-резонаторах с подстройкой полосы пропускания

В статье рассматривается возможность применения во входных каскадах систем связи наборов переключаемых ПАВ-фильтров и перестраиваемых фильтров на ПАВ-резонаторах. Предлагается новый подход к созданию многоканальных перестраиваемых ПАВ-фильтров на основе лестничных фильтров, комбинирующий преимущества наборов переключаемых ПАВ-фильтров и плавно перестраиваемых варикапами фильтров на ПАВ-резонаторах. Предложенная конструкция многоканального фильтра обладает возможностью перестройки полосы пропускания в широком диапазоне, изменения ширины полосы пропускания каналов и коррекции центральной частоты канала.

Что такое полоса пропускания фильтра

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затухания или полосой задерживания. Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.

В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов. Возможно также применение пассивных RC-фильтров, используемых при больших сопротивлениях нагрузки.

Фильтры применяются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике.

Для упрощения анализа будем считать, что фильтры составлены из идеальных катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. элементов соответственно с нулевыми активными сопротивлением и проводимостью. Это допущение достаточно корректно при высоких частотах, когда индуктивные сопротивления катушек много больше их активных сопротивлений ( ), а емкостные проводимости конденсаторов много больше их активных проводимостей ( ).

Фильтрующие свойства четырехполюсников обусловлены возникающими в них резонансными режимами – резонансами токов и напряжений. Фильтры обычно собираются по симметричной Т- или П-образной схеме, т.е. при или (см. лекцию №14). В этой связи при изучении фильтров будем использовать введенные в предыдущей лекции понятия коэффициентов затухания и фазы.

Классификация фильтров в зависимости от диапазона пропускаемых частот приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация фильтров

Название фильтра

Диапазон пропускаемых частот

Низкочастотный фильтр (фильтр нижних частот)

Высокочастотный фильтр (фильтр верхних частот)

Полосовой фильтр (полосно-пропускающий фильтр)

Режекторный фильтр (полосно-задерживающий фильтр)

В соответствии с материалом, изложенным в предыдущей лекции, если фильтр имеет нагрузку, сопротивление которой при всех частотах равно характеристическому, то напряжения и соответственно токи на его входе и выходе связаны соотношением

В идеальном случае в полосе пропускания (прозрачности) , т.е. в соответствии с (1) , и . Следовательно, справедливо и равенство , которое указывает на отсутствие потерь в идеальном фильтре, а значит, идеальный фильтр должен быть реализован на основе идеальных катушек индуктивности и конденсаторов. Вне области пропускания (в полосе затухания) в идеальном случае , т.е. и .

Рассмотрим схему простейшего низкочастотного фильтра, представленную на рис. 1,а.

Связь коэффициентов четырехполюсника с параметрами элементов Т-образной схемы замещения определяется соотношениями (см. лекцию № 14)

или конкретно для фильтра на рис. 1,а

Из уравнений четырехполюсника, записанных с использованием гиперболических функций (см. лекцию № 14), вытекает, что

Однако в соответствии с (2) — вещественная переменная, а следовательно,

Поскольку в полосе пропускания частот коэффициент затухания , то на основании (5)

Так как пределы изменения : , — то границы полосы пропускания определяются неравенством

которому удовлетворяют частоты, лежащие в диапазоне

Для характеристического сопротивления фильтра на основании (3) и (4) имеем

Анализ соотношения (7) показывает, что с ростом частоты w в пределах, определяемых неравенством (6), характеристическое сопротивление фильтра уменьшается до нуля, оставаясь активным. Поскольку, при нагрузке фильтра сопротивлением, равным характеристическому, его входное сопротивление также будет равно , то, вследствие вещественности , можно сделать заключение, что фильтр работает в режиме резонанса, что было отмечено ранее. При частотах, больших , как это следует из (7), характеристическое сопротивление приобретает индуктивный характер.

На рис. 2 приведены качественные зависимости и .

Следует отметить, что вне полосы пропускания . Действительно, поскольку коэффициент А – вещественный, то всегда должно удовлетворяться равенство

Так как вне полосы прозрачности , то соотношение (8) может выполняться только при .

В полосе задерживания коэффициент затухания определяется из уравнения (5) при . Существенным при этом является факт постепенного нарастания , т.е. в полосе затухания фильтр не является идеальным. Аналогичный вывод о неидеальности реального фильтра можно сделать и для полосы прозрачности, поскольку обеспечить практически согласованный режим работы фильтра во всей полосе прозрачности невозможно, а следовательно, в полосе пропускания коэффициент затухания будет отличен от нуля.

Другим вариантом простейшего низкочастотного фильтра может служить четырехполюсник по схеме на рис. 1,б.

Схема простейшего высокочастотного фильтра приведена на рис. 3,а.

Для данного фильтра коэффициенты четырехполюсника определяются выражениями

Как и для рассмотренного выше случая, А – вещественная переменная. Поэтому на основании (9)

Данному неравенству удовлетворяет диапазон изменения частот

Характеристическое сопротивление фильтра

изменяясь в пределах от нуля до с ростом частоты, остается вещественным. Это соответствует, как уже отмечалось, работе фильтра, нагруженного характеристическим сопротивлением, в резонансном режиме. Поскольку такое согласование фильтра с нагрузкой во всей полосе пропускания практически невозможно, реально фильтр работает с в ограниченном диапазоне частот.

Вне области пропускания частот определяется из уравнения

при . Плавное изменение коэффициента затухания в соответствии с (14) показывает, что в полосе задерживания фильтр не является идеальным.

Качественный вид зависимостей и для низкочастотного фильтра представлен на рис. 4.

Следует отметить, что другим примером простейшего высокочастотного фильтра может служить П-образный четырехполюсник на рис. 3,б.

Полосовой фильтр формально получается путем последовательного соединения низкочастотного фильтра с полосой пропускания и высокочастотного с полосой пропускания , причем . Схема простейшего полосового фильтра

приведена на рис. 5,а, а на рис. 5,б представлены качественные зависимости для него.

У режекторного фильтра полоса прозрачности разделена на две части полосой затухания. Схема простейшего режекторного фильтра и качественные зависимости для него приведены на рис.6.

В заключение необходимо отметить, что для улучшения характеристик фильтров всех типов их целесообразно выполнять в виде цепной схемы, представляющей собой каскадно включенные четырехполюсники. При обеспечении согласованного режима работы всех n звеньев схемы коэффициент затухания такого фильтра возрастает в соответствии с выражением , что приближает фильтр к идеальному.

1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
2. Каплянский А. Е. и др. Электрические основы электротехники. Изд. 2-е. Учеб. пособие для электротехнических и энергетических специальностей вузов. -М.: Высш. шк., 1972. -448с.

Контрольные вопросы и задачи

1. Для чего служат фильтры?
2. Что такое полосы прозрачности и затухания?
3. Как классифицируются фильтры в зависимости от диапазона пропускаемых частот?
4. В каком режиме работают фильтры в полосе пропускания частот?
5. Почему рассмотренные фильтры нельзя считать идеальными?
6. Как можно улучшить характеристики фильтра?
7. Определить границы полосы прозрачности фильтров на рис. 1,а и 3,а, если L=10 мГн, а С=10 мкФ.