Волноводный фильтр нижних частот применяют для пропускания рабочей области и подавления более высоких частот, например гармоник передатчика. Здесь «нижние» означает ниже выбранной верхней границы, а не обязательно ниже 1 GHz. Полый волновод имеет собственное нижнее отсечение, поэтому такой узел не передаёт постоянный ток как идеальный схемный ФНЧ.
Две разные частоты отсечения
У обычного воздушного прямоугольного волновода TE10 имеет fc = c/(2a). Ниже этой границы соответствующая мода прямого равномерного участка не распространяется как обычная бегущая волна.
Волноводный ФНЧ добавляет верхнюю границу полезной области. Его рабочую полосу определяют выше нижнего волноводного отсечения и ниже предусмотренного подавления. Название не обещает диапазон от DC.
Для WR-90 с a = 22,86 мм базовое отсечение около 6,56 GHz. Это не готовая верхняя граница любого фильтра с таким фланцем. Геометрия фильтрующих элементов и вся сборка требуют отдельного расчёта.
Как формируется характеристика
Неоднородности и распределённые секции меняют передачу и отражение в зависимости от частоты. В некоторых конструкциях используются гребни или периодические зубцы; их можно связать с эквивалентными реактивными элементами в определённой области.
Такой эквивалент полезен для синтеза, но реальные размеры и моды проверяют электромагнитно. Четверть свободной длины волны нельзя безусловно подставлять вместо направляемой длины или длины секции конкретного фильтра.
Waffle-iron — разновидность структуры с массивом зубцов, позволяющая дополнительно работать с нежелательными модами. Это не означает подавление всех мод до бесконечной частоты.
Гармоники и защита приёмного тракта
После нелинейного усилителя фильтр может ослабить гармоники и некоторые внеполосные составляющие до их попадания в антенну. Для этого нужны уровни источника, частоты и требуемые пределы на выходе.
Перед приёмником он может ослабить подходящий внеполосный блокирующий сигнал. Но фильтр нижних частот не устраняет помеху внутри своей полосы и не заменяет произвольный полосовой фильтр.
Потери до первого малошумящего усилителя могут ухудшить шумовые свойства. Поэтому подавление и чувствительность рассматривают совместно, а не объявляют любую фильтрацию усилением сигнала.
Подавленная энергия не обязательно превращается в тепло
Реактивный фильтр может отражать значительную часть задерживаемой энергии к источнику. Поглощающий фильтр устроен иначе и требует оценки диссипации.
Для передатчика важна нагрузка, которую он видит на основной частоте и гармониках. Согласование полезной полосы не описывает поведение в полосе задерживания.
Какие числа нужны в спецификации
| Параметр | Условие |
|---|---|
| Полоса пропускания | Нижняя и верхняя частоты. |
| Потери | Максимум и неравномерность в полосе. |
| Отражение | Return loss или КСВН с определением знака. |
| Подавление | Минимальное значение на заданных частотах. |
| Фаза | Групповая задержка, если нужна сигналу. |
| Мощность | Средняя, пиковая и условия окружающей среды. |
Например, 40 dB подавления означает в соответствующих условиях уменьшение мощности в 10.000 раз. При гипотетических 1 W на этой частоте переданная мощность составила бы 0,1 mW. Это не рейтинг конкретного изделия и не мера выделяемого в нём тепла.
Проверять за пределами основного окна
У распределённых структур возможны паразитные полосы пропускания. На высоких частотах могут распространяться дополнительные моды; один коэффициент передачи основного режима не всегда охватывает всю утечку энергии.
Запрашивайте гарантированный диапазон задерживания и условия модового возбуждения. Один хороший график в узкой полосе не подтверждает подавление всех гармоник.
Приёмка и установка
Измеряйте S-параметры с подходящей калибровкой, проверяйте динамический диапазон и обходные пути утечки. Уровень на шумовом пороге прибора не доказывает бесконечное подавление.
Малосигнальный VNA не подтверждает тепловой режим или отсутствие разряда при пиковой мощности. Фланцы, чистота, давление, температура и монтаж входят в условия применения. Вакуум сам по себе не делает любой коаксиальный фильтр непригодным.
См. основные характеристики фильтров и обзор волноводных конструкций и ограничения отсечения. Выбирайте по частотной маске и проверке всей цепи, а не по обещанию универсальной «очистки сигнала».
