PassivfilterEin LC-Filter (auch als Schwingkreis bekannt) ist ein Filterschaltkreis aus Induktivität, Kapazität und Widerstand, der eine oder mehrere Oberwellen herausfiltern kann. Die gebräuchlichste und einfachste passive Filterstruktur besteht aus einer Reihenschaltung von Induktivität und Kapazität. Dadurch entsteht ein niederohmiger Bypass für die Hauptoberwellen (3., 5. und 7. Oberwelle). Einfach abgestimmte Filter, doppelt abgestimmte Filter und Hochpassfilter sind Beispiele für passive Filter.
Vorteil
Passive Filter zeichnen sich durch ihren einfachen Aufbau, geringe Kosten, hohe Betriebssicherheit und niedrige Betriebskosten aus. Sie werden nach wie vor häufig zur Oberwellenunterdrückung eingesetzt.
Einstufung
Die Eigenschaften von LC-Filtern müssen die vorgegebenen technischen Kennwerte erfüllen. Diese technischen Anforderungen beziehen sich üblicherweise auf die Dämpfung im Frequenzbereich, die Phasenverschiebung oder beides; gelegentlich werden auch Anforderungen an das Zeitverhalten im Zeitbereich gestellt. Passive Filter lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: abgestimmte Filter und Hochpassfilter. Je nach Entwurfsmethode können sie zudem in Filter mit Spiegelfrequenzparametern und Filter mit Arbeitsfrequenzparametern unterteilt werden.
Abstimmungsfilter
Der Abstimmungsfilter besteht aus einem einfachen und einem doppelten Abstimmungsfilter, die eine (einfache Abstimmung) bzw. zwei (doppelte Abstimmung) Obertöne herausfiltern können. Die Frequenz der Obertöne wird als Resonanzfrequenz des Abstimmungsfilters bezeichnet.
Hochpassfilter
Hochpassfilter, auch bekannt als Amplitudenreduzierungsfilter, umfassen hauptsächlich Hochpassfilter erster Ordnung, Hochpassfilter zweiter Ordnung, Hochpassfilter dritter Ordnung und C-Filter. Sie dienen dazu, Harmonische unterhalb einer bestimmten Frequenz, der sogenannten Grenzfrequenz des Hochpassfilters, deutlich zu dämpfen.
Bildparameterfilter
Der Filter basiert auf der Theorie der Bildparameter. Er besteht aus mehreren Basissegmenten (oder Halbsegmenten), die nach dem Prinzip der gleichen Bildimpedanz an den Verbindungsstellen kaskadiert sind. Die Basissegmente lassen sich je nach Schaltungsstruktur in feste K-Typen und m-abgeleitete Typen unterteilen. Am Beispiel eines LC-Tiefpassfilters lässt sich zeigen, dass die Sperrdämpfung des festen K-Typ-Tiefpass-Basissegments mit steigender Frequenz monoton zunimmt. Das m-abgeleitete Tiefpass-Basissegment weist hingegen im Sperrbereich bei einer bestimmten Frequenz ein Dämpfungsmaximum auf, dessen Position durch den m-Wert im m-abgeleiteten Segment bestimmt wird. Bei einem aus kaskadierten Tiefpass-Basissegmenten zusammengesetzten Tiefpassfilter entspricht die Gesamtdämpfung der Summe der Gesamtdämpfungen der einzelnen Basissegmente. Wenn die Innenimpedanz und die Lastimpedanz der an beiden Enden des Filters abgeschlossenen Stromversorgung der Spiegelimpedanz an beiden Enden entsprechen, sind die Arbeitsdämpfung und die Phasenverschiebung des Filters gleich seiner Eigendämpfung bzw. Phasenverschiebung. (a) Der dargestellte Filter besteht aus einem festen K-Abschnitt und zwei m abgeleiteten Abschnitten in Kaskade. Zπ und Zπm sind die Spiegelimpedanzen. (b) Dies ist seine Dämpfungsfrequenzkennlinie. Die Positionen der beiden Dämpfungsspitzen /f∞1 und f∞2 im Sperrbereich werden jeweils durch die m-Werte der beiden abgeleiteten Knoten bestimmt.
In ähnlicher Weise können Hochpass-, Bandpass- und Bandsperrfilter aus entsprechenden Grundabschnitten zusammengesetzt werden.
Die Bildimpedanz des Filters kann nicht im gesamten Frequenzband dem reinen ohmschen Innenwiderstand der Stromversorgung und der Lastimpedanz entsprechen (die Abweichung ist im Sperrbereich größer), und die Eigendämpfung und die Betriebsdämpfung unterscheiden sich im Durchlassbereich erheblich. Um die technischen Vorgaben zu erfüllen, ist es üblicherweise erforderlich, bei der Auslegung eine ausreichende Eigendämpfungsreserve einzuplanen und die Durchlassbereichsbreite zu erhöhen.
Betriebsparameterfilter
Dieser Filter besteht nicht aus kaskadierten Basisabschnitten, sondern verwendet Netzwerkfunktionen, die sich physikalisch durch R-, I-, C- und Gegeninduktivitätselemente realisieren lassen, um die technischen Spezifikationen des Filters präzise zu approximieren. Anschließend wird die entsprechende Filterschaltung mithilfe der erhaltenen Netzwerkfunktionen realisiert. Je nach Approximationskriterium lassen sich unterschiedliche Netzwerkfunktionen und somit verschiedene Filtertypen realisieren. (a) Charakteristisch für einen Tiefpassfilter, realisiert durch die Amplitudenapproximation (Bertowitz-Approximation): Der Durchlassbereich ist nahe der Grenzfrequenz Null am flachsten, und die Dämpfung steigt monoton an, wenn man sich dem Sperrbereich nähert. (c) Charakteristisch für einen Tiefpassfilter, realisiert durch die Welligkeitsapproximation (Chebyshev-Approximation): Die Dämpfung im Durchlassbereich schwankt zwischen Null und einem oberen Grenzwert und steigt im Sperrbereich monoton an. (e) Charakteristisch für einen Tiefpassfilter, realisiert durch die Approximation elliptischer Funktionen: Die Dämpfung weist sowohl im Durchlass- als auch im Sperrbereich eine konstante Spannungsänderung auf. (g) Die Charakteristik des Tiefpassfilters wird wie folgt realisiert: Die Dämpfung im Durchlassbereich schwankt mit gleicher Amplitude, und die Dämpfung im Sperrbereich schwankt gemäß dem durch den Index vorgegebenen Anstieg und Abfall. (b), (d), (f) und (H) sind die entsprechenden Schaltungen dieser Tiefpassfilter.
Hochpass-, Bandpass- und Bandsperrfilter werden üblicherweise durch Frequenztransformation aus Tiefpassfiltern abgeleitet.
Der Arbeitsparameterfilter wird mittels Syntheseverfahren präzise nach den Anforderungen der technischen Kennzahlen ausgelegt, wodurch eine Filterschaltung mit hervorragender Leistung und Wirtschaftlichkeit erzielt werden kann.
Der LC-Filter ist einfach herzustellen, preisgünstig, hat ein breites Frequenzband und findet breite Anwendung in der Kommunikationstechnik, Messtechnik und anderen Bereichen; gleichzeitig dient er oft als Designprototyp für viele andere Filtertypen.
Wir können die passiven HF-Bauteile auch nach Ihren Anforderungen anpassen. Auf der Anpassungsseite können Sie die benötigten Spezifikationen angeben.
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Veröffentlichungsdatum: 06.06.2022
