Что такое фазовый фильтр и для чего он нужен
Фазовый фильтр — это важный электротехнический компонент, который выполняет функцию селекции сигналов по частоте. Его основное назначение — пропускать электрические сигналы в заданной частотной полосе и эффективно подавлять те, что находятся за её пределами. Ключевая задача такого устройства заключается не только в частотной фильтрации, но и в управлении временными характеристиками сигнала: фильтр может целенаправленно задерживать сигнал во времени, при этом сохраняя его первоначальную форму и амплитуду.
Применение и принцип действия
Широкое применение фазовые фильтры нашли в современных системах связи, особенно в многоканальных, где необходимо разделить общий поток информации. Принцип их работы основан на частотном разделении: каждому информационному каналу или сигналу выделяется своя собственная полоса частот, что позволяет передавать несколько сигналов одновременно без взаимных помех.
Основные характеристики передачи сигнала
Эффективность работы фильтра оценивается по двум ключевым параметрам передачи сигнала: коэффициенту передачи по напряжению и коэффициенту затухания по напряжению. Первый показывает, какая часть входного сигнала достигает выхода, а второй — насколько ослабляются нежелательные частоты. Небольшая часть сигнала всегда теряется (затухает) и не проходит через фильтр. Малая величина этих потерь является показателем качества фильтра.
Граничная частота и реальные характеристики
Важнейшим параметром любого фильтра является граничная частота (или частота среза). Она условно разделяет полосу пропускания (где сигнал проходит хорошо) и полосу задержания (где сигнал подавляется). Следует отметить, что в реальных фильтрах переход между этими полосами не является мгновенным и резким, он происходит плавно. Поэтому за граничную частоту обычно принимают точку, в которой коэффициент передачи падает до уровня примерно 0.707 (или 0.7) от своего максимального значения в полосе пропускания.
Классификация фильтров
Фазовые фильтры можно классифицировать по множеству признаков, что отражает их разнообразие и области применения:
- По характеру сигнала: аналоговые и цифровые.
- По наличию активных элементов: пассивные (не требующие источника питания, например, на катушках и конденсаторах) и активные (содержащие усилительные элементы, такие как транзисторы или операционные усилители).
- По элементной базе: LC-, RC-, RL-типа, а также ARC-типа (активные RC-фильтры).
- По типу аппроксимации амплитудно-частотной характеристики (АЧХ): фильтры Бесселя (с линейной фазо-частотной характеристикой), Баттерворта (максимально плоская АЧХ в полосе пропускания), Чебышева (более крутой срез, но с пульсациями в полосе пропускания или задерживания), Золотарева.
- По расположению полосы пропускания на частотной оси:
- Фильтры низких частот (ФНЧ) — пропускают сигналы ниже частоты среза.
- Фильтры высоких частот (ФВЧ) — пропускают сигналы выше частоты среза.
- Полосно-пропускающие фильтры (ППФ) — пропускают сигналы в определённом интервале частот, задерживая всё, что ниже и выше. Такие узкополосные фильтры также называют избирательными.
- Полосно-заграждающие фильтры (ПЗФ) — подавляют сигналы в определённой полосе частот, пропуская все остальные. Если отношение средней частоты полосы задерживания (ω₀) к её ширине (ωв - ωн) значительно больше единицы, фильтр называют режекторным; он эффективно подавляет сигнал в очень узком диапазоне частот (например, для устранения сетевой помехи 50 Гц).
