Admittanz-Inverter-Realisierung im Filterdesign
T. Plus
Ich habe im "Handbook of Filter Synthesis" von Zverev und in "Microwave Filters for Communication Systems" etwas Theorie über Tiefpass-Prototypfilter gelesen. Ich lese diese beiden, weil ich verstehen möchte, wie die Kopplungsmatrix eines Filters funktioniert und wie ein Filter mit einer gegebenen Kopplungsmatrix realisiert werden kann. Es gibt jedoch einen Teil, den ich nicht verstehe. Es betrifft die Implementierung eines Filters mit konzentrierten Elementen. Betrachten Sie zuerst diesen Filter.
Es ist ein klassisches Tiefpassfilter. Keine Besonderheiten dabei. Allerdings fügen wir jetzt Admittanz-Inverter ein. Dadurch können die Reiheninduktivitäten durch parallele Kondensatoren ersetzt werden. Das ist auch nichts Besonderes. Jetzt kommt der interessante Teil. Wenn wir eine Bandpasstransformation durchführen, werden alle Parallelkondensatoren wie folgt durch LC-Parallelresonanzkreise ersetzt:
Bisher habe ich keine Probleme, die Mathematik zu verstehen. Jetzt kommt die Realisierung des Filters. Ein Admittanz-Inverter-Ersatzschaltbild besteht aus zwei negativen Parallelkondensatoren und einem positiven Reihenkondensator. Wenn also jeder der Admittanz-Inverter in der Mitte des Filters durch sein Ersatzschaltbild ersetzt wird, werden die LC-Resonanzkreise durch positive Kondensatoren gekoppelt und die negativen Kondensatoren der Admittanz-Inverter werden durch die parallelen Kondensatoren absorbiert.
Aber was passiert mit den beiden Admittanzinvertern an der Last und der Source, J0 und J5? Wie können diese umgesetzt werden, insbesondere wenn es sich um konzentrierte Elemente handelt? Es muss eine Lösung geben, denn es gibt eine Arbeit von Seymour B. Cohhn, "Directgekoppelte Resonatorfilter", wo er auch LC-Parallelresonanzkreise hat, die durch Kondensatoren gekoppelt sind. Leider gibt das Papier keine Herleitung der Schaltungen.
Antworten (2)
user5108_Dan
Ihre Frage hat eine einfache Antwort, aber erlauben Sie mir, ein paar Dinge zu erklären, die Ihnen helfen werden, zu verstehen, wie man direkt gekoppelte Filter entwirft.
1) Cohn beschrieb die vier Wechselrichterschaltungen, die ich in der oberen Reihe zeige. Diese Schaltkreise enthalten negative Komponentenwerte, die, wie Sie betont haben, in den Tankelementen absorbiert werden.
Es ist jedoch klar, dass ein negativer Kondensator eine induktive Reaktanz und eine negative Induktivität eine kapazitive Reaktanz erzeugt. Alle Wechselrichter von Cohn haben also ein alternatives Äquivalent, das ich in der 2. Reihe zeige, wo die negativen Komponenten durch positiv bewertete Komponenten ersetzt werden, die auch in den Schwingkreis aufgenommen werden können.
2) Diese Inverterschaltungen können als Impedanzanpassungsschaltungen betrachtet werden. Wenn Sie beispielsweise einen Wechselrichter so entwerfen, dass er zwischen 2 Tanks mit charakteristischen Impedanzen von 100 und 200 Ohm geht, kann eine Viertelwellen-Übertragungsleitung mit einer charakteristischen Impedanz von sqrt (100 * 200) als Wechselrichter verwendet werden.
Unter Berücksichtigung dessen ist es möglich, viele mögliche Wechselrichter-Topologien zu generieren.
3) Wenn die Schwingkreise an den Enden charakteristische Impedanzen haben, die jeweils den Quellen- und Lastwiderständen entsprechen, dann werden die zwei Inverter an den Enden nicht benötigt. Aber das ist normalerweise nicht der Fall. Sie können dies erzwingen, aber es erzeugt normalerweise keine wünschenswerte Schaltung in Bezug auf Komponentenwerte und Komponenten-Q-Anforderungen.
Eine Möglichkeit für die Endwechselrichter besteht also darin, einen der in der 2. Reihe gezeigten Wechselrichter zu verwenden.
Es ist jedoch üblicher, eine Anpassungsschaltung mit 2 Elementen zu verwenden, um von der Impedanz des Endtanks zur Impedanz der Quelle (oder Last) zu gelangen. Diese werden mit Standard-Matching-Techniken entworfen, wobei entweder Formeln oder ein Smith-Diagramm verwendet werden.
4) Sie sollten bedenken, dass Impedanzinverter nur bei der Entwurfsfrequenz äquivalente Schaltungen sind. Bei allen anderen Frequenzen nähern sie sich nur der gewünschten Antwort an. Folglich kann diese Entwurfsmethode nur für Schmalbandfilter verwendet werden, und dann entspricht die Gesamtantwort möglicherweise nicht Ihren Erwartungen, wie unten gezeigt.
Da wir jedoch normalerweise eine Schmalbandantwort wünschen, wird diese Entwurfsmethode von HF-Ingenieuren häufig verwendet und hat sich aufgrund der großen Anzahl von Möglichkeiten (einige Beispiele) als sehr leistungsfähig erwiesen, mit denen die verschiedenen Tank-, Wechselrichter- und passenden Topologien kombiniert werden können bilden eine wünschenswerte Antwort.
T. Plus
user5108_Dan
T. Plus
user5108_Dan
Ofer Namann
Das Buch von Matthaei, Young und Jones gibt die Antwort auf diese Frage in Abb. 8-11.1 für kapazitive Wechselrichter (Schaltung Nr. 3 in der akzeptierten Antwort) und in Abb. 8-11.2 für induktive Wechselrichter (Schaltung Nr. 5 in der akzeptierten Antwort). ).
Bei den kapazitiven Wechselrichtern wird der Reihenkondensator im ersten (letzten) Wechselrichter durch ersetzt
Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie die Freiheit haben, die Impedanz des ersten und des letzten Resonators zu wählen, Z_0 * J = 1 erhalten können, und dann
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user5108_Dan