Ein zusammengesetztes Bild Filter ein elektronisches Filter, das aus mehreren Bildfilterabschnitte aus zwei oder mehr verschiedenen Typen.

Die Bildverfahren Filterdesign bestimmt die Eigenschaften der Filterabschnitte durch Berechnen der Eigenschaften, die sie in einer endlosen Kette solcher Abschnitte. In diesem, parallel die Analyse Leitungstheorie, auf dem es basiert. Filter nach dieser Methode entworfen, Bildparameter-Filter, oder einfach nur Bild-Filter genannt. Ein wichtiger Parameter von Bildfiltern ist ihre Kennimpedanz die Impedanz eines unendlichen Kette von identischen Abschnitten.

Die Basisabschnitte in einer Leiternetzwerk aus mehreren Abschnitten angeordnet sind, ist die Anzahl der Abschnitte erforderlich hauptsächlich durch die Menge der Sperrbandunterdrückung erforderlich bestimmt wurde. In seiner einfachsten Form kann der Filter vollständig aus identischen Teilen bestehen. Es ist jedoch üblicher, einen Verbundfilter aus zwei oder drei verschiedenen Arten von Abschnitt zu verwenden, um verschiedene Parameter am besten durch eine bestimmte Art verbessern könnte. Die häufigsten Parameter berücksichtigt sind Sperrbandunterdrückung, Steilheit der Filterrand und eine Impedanzanpassung an den Filter Terminierungen.

Bild-Filter sind lineare Filter und sind immer auch passive in Umsetzung.

Geschichte

Die Bild Verfahren zum Entwerfen Filter entstand bei AT & amp; T, die interessiert an der Entwicklung Filterung, die mit dem Multiplexen vieler Telefonkanäle zu einem einzigen Kabel verwendet werden könnten, waren. Die Forscher in diese Arbeit einbezogen und ihre Beiträge werden im Folgenden kurz aufgeführt sind;

• John Carson sofern die mathematische Untermauerung der Theorie. Er erfand Einseitenband-Modulation für die Zwecke der Multiplextelefonkanäle. Es war die Notwendigkeit, diese Signale, die zu der Notwendigkeit für fortschrittliche Filtertechniken ergab erholen. Er gilt als Pionier auch die Verwendung der Operatorenrechnung, um diese Signale zu analysieren.
• George Campbell arbeitete an Filterung ab 1910 und erfand die Konstante k-Filter. Dies kann als eine Fortsetzung seiner Arbeit an Ladespulen auf Übertragungsleitungen, einem Konzept von Oliver Heaviside erfunden zu sehen. Heaviside, nebenbei bemerkt, erfand auch die Operatorenrechnung von Carson verwendet.
• Otto Zobel vorgesehen eine theoretische Grundlage für die Campbell-Filter. Im Jahre 1920 erfand er die m-Filter abgeleitet. Zobel veröffentlichte auch Verbund Designs, die sowohl Konstante k und m-Abschnitten abgeleitet.
• R S Hoyt auch dazu beigetragen.

Die Bildverfahren

Die Bildanalyse beginnt mit einer Berechnung der Eingangs- und Ausgangsimpedanz und die Übertragungsfunktion eines Abschnitts in einer endlosen Kette von identischen Abschnitten. Dies kann gezeigt entspricht der Leistung eines Ausschnitts in ihrer Bildimpedanzen beendet angesehen werden. Die Bild Verfahren daher stützt sich auf die jeweils Filtersektion mit der richtigen Bild Impedanz abgeschlossen. Dies ist leicht genug, um mit den inneren Abschnitten einer Vielfach-Abschnitts-Filter zu tun, weil es nur notwendig ist, um sicherzustellen, dass die Abschnitte gegenüber dem in Rede identische Bildimpedanzen. Jedoch sind die Endabschnitte sind ein Problem. Sie werden in der Regel mit Festwiderstände, die der Filter nicht perfekt mit Ausnahme an einer bestimmten Frequenz entsprechen beendet. Diese Fehlanpassung führt zu Mehrfachreflexionen an den Filter Endverschlüsse und an den Übergängen zwischen den Abschnitten. Diese Überlegungen führen zu der Filterantwort abweicht ziemlich stark von der theoretischen, insbesondere in der Nähe der Grenzfrequenz.

Die Forderung nach besseren Anpassung an den Stirn Impedanzen ist eine der wichtigsten Beweggründe für die Verwendung von Verbundfilter. Ein Abschnitt zur guten Anpassung geben an den Enden verwendet, aber etwas anderes für den Körper des Filters ausgelegt.

Filterflächentypen

Jeder Filterabschnitt Typ hat bestimmte Vor- und Nachteile, und jeder hat die Fähigkeit, bestimmte Filterparameter zu verbessern. Die nachfolgend beschriebenen Abschnitte sind die Prototyp-Filter für Tiefpassabschnitte. Diese Prototypen können skaliert und auf den gewünschten Frequenz bandform transformiert werden.

Die kleinste Einheit eines Bildes Filter ein L Halbschnitt. Da das L-Profil nicht symmetrisch ist, hat es verschiedene Bildimpedanzen auf jeder Seite. Diese werden bezeichnet und. Der T- und der Π im Suffix an die Form des Filterabschnitts, der gebildet würde, wenn zwei Halbabschnitte waren Rücken-an-Rücken verbunden sind, bezeichnet werden. T und Π sind die kleinsten symmetrische Abschnitte, die so konstruiert werden kann, wie in den Diagrammen in der Topologie-Diagramm dargestellt. Wo der betreffende Abschnitt weist eine Bildimpedanz unterscheidet sich von den allgemeinen Fall ein weiteres Suffix hinzugefügt Identifizierung der Flächentyp, zum Beispiel.

Konstante k Schnitt

Die Konstante k oder K-Typ-Filter-Sektion ist die grundlegende Bild Filter-Sektion. Es ist auch die einfachste Schaltungstopologie. Die k-Typ hat mäßig schnell Übergang vom Durchlassbereich zu dem Sperrband und mäßig gute Sperrbandunterdrückung.

m-abgeleiteten Abschnitt

Die M-abgeleitete oder M-Typ-Filterabschnitt ist eine Entwicklung des K-Typ-Seite. Das auffälligste Merkmal des m-Typs ist ein Dämpfungspol gleich hinter dem Grenzfrequenz in den Sperrbereich. Der Parameter m stellt die Position dieses Dämpfungspol. Kleinere Werte von m setzen die Stange näher an der Grenzfrequenz. Größere Werte von m legen Sie sie weiter entfernt. Im Grenzfall, da m nähert Einheit, nähert sich der Pol ω der Unendlichkeit und der Abschnitt nähert sich einem k-Typ-Abschnitt.

Die m-Typ hat eine besonders schnelle Cut-off, und zwar von ganz an der Grenzfrequenz passieren, um in vollem Umfang an der Polfrequenz stoppen. Der Cut-off schneller durch Bewegen der Stange näher an der Grenzfrequenz durchgeführt werden. Dieser Filter hat die schnellste abgeschnittenen jeder Filterkonstruktion; beachten Sie, dass der schnelle Übergang wird mit nur einem einzigen Abschnitt erreicht, gibt es keine Notwendigkeit für mehrere Abschnitte. Der Nachteil bei m förmigen Abschnitte ist, dass sie eine schlechte Sperrbandunterdrückung vorbei Dämpfungspol.

Es ist eine besonders nützliche Eigenschaft der m-Typ Filter mit m = 0,6. Diese haben maximal flache Bild Impedanz im Durchlassbereich. Sie eignen sich daher gut für die passenden in den Filter Kündigungen, im Durchlassbereich zumindest, ist der Sperrbereich eine andere Geschichte.

Es gibt zwei Varianten des Abschnitts, Serie M-Typ und Shunt. Sie haben identische Übertragungsfunktionen, aber ihr Image Impedanzen unterschiedlich sind. Der Shunt-Halbabschnitt einen Wellenwiderstand, der auf der einen Seite übereinstimmt, aber eine andere Impedanz, auf der anderen. Die Reihen-Halbschnitt entspricht auf einer Seite und hat auf der anderen.

MM' artigen Abschnitt

Die MM' artigen Abschnitt hat zwei unabhängige Parameter, die der Designer anpassen. Es befindet sich auf einem Doppelklick Anwendung des m-Ableitungsprozesses angekommen. Sein Hauptvorteil ist, dass es eher besser passende um resistive Endabschlüssen als die k-Typ oder m-type. Der Wellenwiderstand der Halbschnitt ist auf einer Seite und einer anderen Impedanz, auf der anderen. Wie das m-type, kann dieser Abschnitt als eine Reihe oder Shunt-Abschnitt aufgebaut sein und die Bild Impedanzen werden in T und Π Varianten kommen. Entweder eine Reihenbauweise ist mit einem Shunt-m-Typ oder ein Shunt-Konstruktion ist mit einer Reihe m-Typ angewendet. Die Vorteile der MM'-Typ-Filter werden auf Kosten der größeren Schaltungsaufwand erreicht werden, so wäre es in der Regel nur dort eingesetzt, wo es für die Impedanzanpassung Zwecke gebraucht wird, und nicht im Körper des Filters werden.

Die Übertragungsfunktion eines MM'-Typ ist der gleiche wie ein m-type mit m eingestellt, um die Produkt mm '. Auf Werte von m und m 'für die beste Impedanzanpassung wählen, erfordert die Designer auf zwei Frequenzen, bei denen das Spiel ist um genau zu sein, bei anderen Frequenzen wird es einige Abweichungen sein wählen. Es besteht also ein gewisser Spielraum in der Wahl, Zobel schlägt die Werte m = 0,7230 und m '= 0,4134, die eine Abweichung der Impedanz von weniger als 2% des nützlichen Teils des Bandes ergeben. Da mm '= 0,3, wird dieser Abschnitt auch eine viel schnellere abgeschnitten als eine m-Art von m = 0,6, die eine Alternative für die Impedanzanpassung sind.

Es ist möglich, den m-Ableitungsprozesses wiederholt fortgesetzt und produzieren mm'm '' - Typen und so weiter. Allerdings sind die erzielten Verbesserungen bei jeder Iteration zu verringern und in der Regel nicht die Zunahme der Komplexität wert.

Bodes Filter

Eine weitere Variation des M-Typ-Filter wurde von Hendrik Bode beschrieben. Dieses Filter verwendet als Prototyp einer Halbreihe m abgeleiteten Filters und wandelt diese in einem überbrückten T-Topologie mit dem Zusatz von einem Überbrückungswiderstand. Dieser Abschnitt hat den Vorteil, in der Lage, um den Dämpfungspol viel näher an der Abschneidefrequenz als die Zobel Filter ab, der nicht mit sehr kleinen Werten von m wegen der Induktivität Widerstand richtig funktionieren beginnt zu platzieren. Siehe äquivalente Impedanz-Transformationen nach einer Erklärung für seinen Betrieb.

Zobel-Netzwerk

Das Unterscheidungsmerkmal Zobel Netzfiltern ist, dass sie eine konstante Bildwiderstandsimpedanz und aus diesem Grund sind auch als konstanter Widerstandsnetzwerke bekannt. Offensichtlich hat der Zobel Netzfilter kein Problem haben, passend zu ihren Abschlüssen und das ist sein Hauptvorteil. Andere Filtertypen haben jedoch steiler Übertragungsfunktionen und schärfer cut-offs. In Filteranwendungen, ist die Hauptaufgabe der Zobel Netzwerke als Entzerrungsfilter. Zobel-Netzwerke sind in einer anderen Gruppe von anderen Bildfilter. Der konstante Widerstand bedeutet, dass, wenn sie in Kombination mit anderen Bildfilterabschnitte verwendet das gleiche Problem der Anpassung stellt sich mit Endanschlüssen. Zobel Netze leiden auch den Nachteil der Verwendung weit mehr Komponenten als andere gleichwertige Bildabschnitte.

Wirkung von Endabschlüssen

Eine Folge der Bildverfahren-Filter-Design ist, daß die Wirkung der Endabschlüsse muss separat berechnet werden, wenn ihre Auswirkungen auf Reaktion zu berücksichtigen. Die schwerste Abweichung der Antwort von diesem vorhergesagten tritt im Durchlaßband nahe abgeschnitten. Der Grund dafür ist zweifach. Weiter in den Durchlassbereich der Impedanzanpassung schrittweise verbessert, wodurch die Fehlerbegrenzung. Auf der anderen Seite, Wellen sind im Sperrbereich aus dem Endabschluß aufgrund Fehlanpassung reflektiert, sondern werden zweimal durch die Filtersperrbandunterdrückung gedämpft, da sie durch sie hindurch. So, während Sperrbereich Impedance Mismatch kann schwer sein, es hat nur begrenzte Auswirkungen auf die Filterantwort.

Cascading Abschnitten

Mehrere L Halbabschnitte können kaskadiert werden, um ein zusammengesetztes Filter zu bilden. Die wichtigste Regel beim Erstellen eines zusammengesetzten Bildes Filters ist, dass die Bild Impedanzen muss immer eine identische Impedanz Gesicht; wie muss immer dergleichen. T-Profile müssen immer T-Profile stellen muss Π Abschnitten immer Π Abschnitten stellen, muss k-Typ immer nach k-type und m-type muss immer m-type. Ferner kann m-type Impedanzen unterschiedlicher Werte von m nicht einander zugewandt sind. Noch kann Abschnitte von einem Typ, der verschiedene Werte der Grenzfrequenz haben.

Abschnitte am Anfang und Ende des Filter werden häufig für ihre Impedanzanpassung in mit den Anschlüssen anstelle der Form ihrer Frequenzantwort ausgewählt. Hierzu m förmigen Abschnitte von m = 0,6 sind die häufigste Wahl. Eine Alternative ist MM' artigen Abschnitte m = 0,7230 und m '= 0,4134, obwohl diese Art der Abschnitt wird selten verwendet. Während es mehrere Vorteile unten erwähnt, den Nachteil, daß komplexere sowie gegebenen Konstante k Abschnitte in dem Körper des Filters erforderlich ist, ist es dann notwendig, m artigen Abschnitte umfassen, um die MM'-Typs der Schnittstelle hat die k-Typen.

Die inneren Abschnitte des Filters werden üblicherweise gewählt, um Konstante k werden, da diese die größte produzieren Sperrdämpfung. Allerdings könnte ein oder zwei m förmigen Abschnitte ebenfalls eingeschlossen werden, um die Fallgeschwindigkeit von Stich zu Sperrbereich zu verbessern. Ein niedriger Wert von M für M-Typen für diesen Zweck verwendet werden ausgewählt. Je niedriger der Wert von m, desto schneller der Übergang, während zur gleichen Zeit wird die Sperrbereichsdämpfung geringer, wodurch die Notwendigkeit, zusätzliche k artigen Profile zu verwenden. Ein Vorteil der Verwendung MM'-Typen für die Impedanzanpassung ist, dass diese Art der Endabschnitte einen schnellen Übergang weil sowieso mm '= 0,3 für die Impedanzanpassung sind. So dass die Notwendigkeit für die Abschnitte in dem Körper des Filters, dazu verzichtet werden kann.

Ein weiterer Grund für die Verwendung von m-Arten in dem Körper des Filters ist, um eine zusätzliche Dämpfungspol im Sperrbereich zu platzieren. Die Frequenz des Pols ist direkt abhängig von dem Wert von m. Je kleiner der Wert von m ist, desto näher der Pol mit der Abschneidefrequenz. Umgekehrt kann ein großer Wert von M Orte der Stange weiter weg von abgeschnittenen, bis in der Grenze, wenn m = 1 der Pol im Unendlichen, und die Antwort ist die gleiche wie das K-Typ-Seite. Wird ein Wert von m für diesen Pol, die sich von dem Pol der Endabschnitte gewählt, findet sie den Effekt haben, die Verbreiterung der Bande der guten Sperrbandunterdrückung in der Nähe der Grenzfrequenz. Auf diese Weise wird die m-type Abschnitte dazu dienen, gute Sperrbandunterdrückung in der Nähe von Cut-off und der K-Typ-Abschnitte geben geben gute Sperrbandunterdrückung weit von cut-off. Alternativ kann m förmigen Abschnitte in dem Körper des Filters mit unterschiedlichen Werten von m verwendet werden, wenn der Wert in den Endabschnitten gefunden ungeeignet ist. Auch hier wäre die MM' Typ einige Vorteile haben, wenn zur Impedanzanpassung verwendet. Die MM' Typ zur Impedanzanpassung verwendet, legt sich den Pol bei m = 0,3. Allerdings muss sich die andere Hälfte der Impedanzanpassungsabschnitt, um ein M-Typ der m = 0,723 betragen. Dies gibt automatisch eine gute Verbreitung der Sperrbandunterdrückung und wie bei der Steilheit der Übergangs Ausgabe kann von MM' förmigen Abschnitte die Notwendigkeit zusätzlicher m förmigen Abschnitte in dem Körper zu entfernen.

Kann auch konstanten Widerstandsabschnitte erforderlich sein, wenn der Filter auf einer Übertragungsleitung verwendet wird, um die Flachheit des Bandpassfrequenzgang zu verbessern. Dies ist notwendig, da die Übertragungsleitung Antwort ist in der Regel nicht annähernd perfekt flach. Diese Abschnitte normalerweise am nächsten zu der Linie angeordnet werden, da sie ein den vorhersagbaren Impedanz der Leitung und neigen auch dazu, die unbestimmte Impedanz der Leitung von dem Rest der Filtermaske. Gibt es kein Problem mit passenden konstanten Widerstandsabschnitte miteinander selbst dann, wenn die Abschnitte auf völlig unterschiedlichen Frequenzbändern arbeitet. Alle Schnitte werden können, um das gleiche Bild Impedanz eines Festwiderstand genau zu haben.