Razno

Šta je Butterworthov RF filter - osnove

Šta je Butterworthov RF filter - osnove


Topologija Butterworth filtra široko se koristi u mnogim RF i općim aplikacijama filtera.

Jedna od ključnih karakteristika Butterworth-ovog filtra je da on ima ono što se naziva maksimalno ravnim odzivom unutar svog propusnog opsega.

<>

Zapravo, Butterworthov filter često se smatra dobrim sveobuhvatnim oblikom filtra koji je prikladan za mnoge primjene, iako ne pruža najoštrije granične vrijednosti.

Razvoj Butterworth filtera

U ranim danima bežične tehnologije tehnologija filtriranja nije bila ni približno toliko napredna kao danas. Istraživanje filtara i načina na koji bi se oni mogli realizirati i predviđanja njihovih performansi poduzimalo se u mnogim područjima.

U jednom razvoju, Stephen Butterworth iz Laboratorija za istraživanje Admiraliteta preduzeo je razvoj filtra koji je proizveo ravna reakcija unutar propusnog opsega. Butterworth je objavio rad o svom radu u Velikoj Britaniji u oktobru 1930. godine. Članak je nosio naslov: "O teoriji filtarskih pojačavača" i u njemu je razvio osnovne jednadžbe za maksimalno ravni filtar za upotrebu u pojačivačima RF ventila.

Članak je objavljen u časopisu pod nazivom Experimental Wireless and Wireless Engineer. Ovaj naslov objavili su u Velikoj Britaniji Iliffe i sinovi 1920-ih i početkom 1930-ih, kasnije promijenivši svoj naslov u: "Wireless Engineer and Experimental Wireless".

U članku je Butterworth izjavio:

Pored kompaktnosti sistema, pojačalo filtera ima prednost u odnosu na pravoslavne sisteme u tome što je efekat otpora pod potpunom kontrolom, tako da možemo konstruisati filtere u kojima je osetljivost ujednačena u prolaznom području.

U to je vrijeme većina ove tehnologije bila relativno nova, a uz to, prošlo bi mnogo godina prije nego što je računarska tehnologija bila dostupna za analizu sklopova. Kao rezultat, dizajni filtera imali su tendenciju pokazivanja velikih nivoa mreškanja u opsegu, a to je bio problem kada su ljudi trebali ravnije reakcije. Butterworth je bio prva osoba koja je uspjela postići gotovo ravna reakcija u opsegu.

U svom radu, Butterworth je izradio jednačine za dvo- i četvoropolne filtere. Međutim, kako bi se smanjio stvarni gubitak filtra, pokazao je kako se daljnji odjeljci mogu prošarati termionskim ventilom, vakuumskim cijevnim pojačalima.

Amplitudni odziv Butterworthova filtra

Kao što je gore spomenuto, ključna karakteristika Butterworthova filtra je da ima maksimalno ravan odziv unutar propusnog opsega, tj. Nema mreškanje odziva kao u slučaju mnogih drugih oblika RF filtra.

Postoji frekvencija poznata kao granična frekvencija. To se definira kao točka na odzivu Butterworth-ovog filtra gdje snaga pada na pola, tj. Napon pada na 71%, tj. 1 / √2 njegove maksimalne amplitude na nižim frekvencijama. Također je vrijedno napomenuti da se maksimalna amplituda, tj. Minimalni gubitak za odgovor Butterworthova filtra javlja pri 0 Hz ili radijanima / s.

Kada se crta na logaritamskim skalama, odziv Butterworth-ovog filtra je ravan unutar svog propusnog opsega, a zatim se otkotrlja s konačnom linearnom brzinom odbacivanja od -6 dB po oktavi (-20 dB po deceniji). Filter drugog reda smanjuje se na -12 dB po oktavi, itd. Krajnja brzina odbacivanja zapravo je ista za sve niskopropusne i visokopropusne filtere istog reda, bez obzira na vrstu filtra.

U usporedbi s drugim oblicima filtera, kao što su Chebyshev ili eliptični formati filtera, Butterworthov filter postiže konačnu brzinu odbacivanja sporije. Zapravo je Butterworthov filter izveden na osnovu toga što je ponašanje ispod granične frekvencije bilo važnije nego na bilo kojoj drugoj frekvenciji. To znači da je dobar za audio aplikacije. Međutim, to znači da ima podnošljivo dobar amplitudski odziv i dobar fazni odziv, iako su performanse oko granične frekvencije loše.

Odziv faze Butterworth-ovog filtra

Daljnja prednost Butterworthovog filtra je u tome što Butterworthovi filtri imaju linearniji fazni odziv u propusnom opsegu od tipova kao što su Chebyshev ili eliptični filtri, tj. Butterworthov filter je u mogućnosti pružiti bolje performanse kašnjenja u grupi, a ujedno i niži nivo prekoračenja.

Impulsni odziv Butterworthova filtra

Butterworthov filter također se može prosuđivati ​​u smislu reakcije u vremenskoj domeni, uključujući reakciju na impulse. Ima odgovor koji daje sve veću razinu prekoračenja sa sve većim redoslijedom filtera. Za filtar četvrtog reda, tj. N = 4, nivo prekoračenja prelazi 11%.

Kada analiziramo optimalni format filtera, najbolje je analizirati različite prednosti i nedostatke različitih vrsta. Butterworth pruža ravnu odzivnu opseg i linearniji fazni odziv od mnogih drugih.


Pogledajte video: RTL SDR Front End Filter Demonstration (Septembar 2021).