Zaprezentuj swoje możliwości
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Filtry RF, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Producenci filtrów mikrofalowych i RF
Southwest Antennas
USA
Wysokowydajne anteny RF i mikrofalowe dla bezzałogowych statków powietrznych, robotyki, bezzałogowych statków morskich i bezzałogowych pojazdów morskich
Platinum Partner
ASARTECH
Turkey
(2 locations)
Elementy radiowe i mikrofalowe do komunikacji i łączy danych w bezzałogowych statkach powietrznych (UAV)
Gold Partner
Silver Partner
Przegląd filtrów radiowych i mikrofalowych przeznaczonych dla dronów i systemów bezzałogowych
Wprowadzenie do filtrów radiowych i mikrofalowych
Filtry częstotliwości radiowych (RF) i mikrofalowe kontrolują, które częstotliwości są przepuszczane przez układ elektroniczny, a które są tłumione, pomagając w zarządzaniu niepożądanymi sygnałami i zakłóceniami w łańcuchach sygnałów RF. W dronach i innych systemach bezzałogowych są one stosowane w radiostacjach, odbiornikach nawigacyjnych, systemach radarowych oraz ładunkach użytkowych obsługujących funkcje sterowania, telemetrii, łączności i wykrywania.
Filtry mogą być realizowane w postaci elementów dyskretnych, układów scalonych lub elementów w ramach większych modułów przedwzmacniaczy RF. Ich charakterystyka częstotliwościowa, konstrukcja, dopasowanie impedancji oraz położenie w łańcuchu sygnałowym wpływają na transmisję sygnałów pożądanych, tłumienie sygnałów pozapasmowych, tłumienność wtrąceniową oraz charakterystykę czasową.
Podstawowe charakterystyki i topologie filtrów RF
Standardowe charakterystyki częstotliwościowe
Moduły filtrów RF firmy Southwest Antennas
Filtry dolnoprzepustowe (LPF) przepuszczają częstotliwości poniżej określonej częstotliwości odcięcia, tłumiąc jednocześnie sygnały o wyższych częstotliwościach, natomiast filtry górnoprzepustowe (HPF) przepuszczają częstotliwości powyżej częstotliwości odcięcia i tłumią składowe o niższych częstotliwościach. Filtry pasmowe (BPF) wybierają określony zakres między dolną a górną granicą częstotliwości, natomiast filtry pasmowe blokujące (BSF) odrzucają określone pasmo. Filtry wycinające zapewniają wąskie wycinanie w okolicy określonej częstotliwości, dzięki czemu są przydatne do tłumienia lokalnych zakłóceń przy jednoczesnym zachowaniu sąsiednich sygnałów.
Profile odpowiedzi i przybliżenia
Przybliżenia filtrów określają kompromis między charakterystyką pasma przepustowego, stromością przejścia, tłumieniem pasma zatrzymania oraz odpowiedzią fazową. Filtry Butterwortha zapewniają maksymalnie płaskie pasmo przepustowe, natomiast filtry Czebyszewa dopuszczają tętnienia w paśmie przepustowym lub pasmie zatrzymania w celu uzyskania bardziej stromego przejścia. Filtry eliptyczne, zwane również filtrami Cauera, wykorzystują tętnienia i zera transmisji w celu uzyskania szczególnie ostrych przejść dla danego rzędu filtra, natomiast filtry Bessela-Thomsona priorytetowo traktują w przybliżeniu liniową fazę i płaskie opóźnienie grupowe w paśmie przepustowym, co pomaga zachować kształt sygnału.
Sieci wieloportowe
Wieloportowe sieci filtrujące łączą lub rozdzielają sygnały zgodnie z wymaganiami dotyczącymi częstotliwości i ścieżek sygnałowych. Diplexery rozdzielają lub łączą dwa pasma częstotliwości, natomiast dupleksery umożliwiają współdzielenie anteny przez ścieżki nadawcze i odbiorcze w określonych warunkach izolacji przy użyciu układów selektywnych częstotliwościowo lub przełączających. Multipleksery łączą lub rozdzielają kilka kanałów, a kanałowniki dzielą szersze spektrum wejściowe na węższe pasma w celu przetwarzania równoległego. Sieci te znajdują zastosowanie w radiotelefonach wielopasmowych, architekturach z anteną współdzieloną oraz szerokopasmowych układach monitorujących.
Kluczowe technologie sprzętowe filtrów i rezonatorów
Sprzęt filtrujący wpływa na częstotliwość roboczą, tłumienność wtrąceniową, selektywność, moc znamionową, wymiary fizyczne oraz wymagania dotyczące integracji. Różne technologie wykorzystują rezonanse elektryczne, elektromagnetyczne lub akustyczne do uzyskania charakterystyki selektywnej częstotliwościowo, przy czym najbardziej odpowiednie podejście zależy od parametrów eksploatacyjnych, obudowy oraz ograniczeń systemowych.
| Technologia | Charakterystyka i typowa integracja |
| Filtry z elementami skupionymi (LC) | Wykorzystują cewki indukcyjne i kondensatory w kompaktowych obwodach i mogą być zintegrowane bezpośrednio z płytką drukowaną (PCB). Na działanie przy wyższych częstotliwościach coraz większy wpływ mają efekty pasożytnicze elementów, dopasowanie impedancji oraz układ płytki drukowanej. |
| Filtry płaskie i rozproszone | Wykorzystują struktury linii transmisyjnych, takie jak mikropask lub linia paskowa, przy czym właściwości podłoża, geometria przewodnika oraz wymiary linii transmisyjnej determinują charakterystykę częstotliwościową i osiągalne straty. |
| Filtry wnękowe, współosiowe i falowodowe | Wykorzystują elektromagnetyczne struktury rezonansowe, które mogą zapewnić wysoką selektywność, niskie straty wtrąceniowe lub wysoką moc znamionową. Zazwyczaj są one instalowane jako elementy dyskretne lub zespoły, a na ich wymiary fizyczne duży wpływ ma częstotliwość robocza. |
| Rezonatory ceramiczne i dielektryczne | Wykorzystują materiały dielektryczne do tworzenia kompaktowych struktur rezonansowych i są dostępne zarówno jako elementy montowane na płytce, jak i większe zespoły. Na ogólną wydajność wpływają właściwości dielektryczne, stabilność temperaturowa oraz straty materiałowe. |
| Filtry fal akustycznych (SAW i BAW) | Filtry fal akustycznych powierzchniowych (SAW) i fal akustycznych objętościowych (BAW) przekształcają sygnały elektryczne w drgania akustyczne w materiałach piezoelektrycznych, zapewniając kompaktową selekcję częstotliwości. Są one powszechnie integrowane z układami przedwzmacniaczy radiowych działającymi w określonych pasmach częstotliwości. |
| Zintegrowane elementy pasywne (IPD) i filtry MMIC | Zintegrowane elementy pasywne (IPD) oraz monolityczne mikrofale układy scalone (MMIC) zawierają struktury filtrujące w kompaktowych układach scalonych lub modułach, umożliwiając ścisłą integrację ze wzmacniaczami, przełącznikami i innymi obwodami RF. |
Strojenie i elastyczność częstotliwościowa
Filtry RF i mikrofalowe wykorzystują różne rozwiązania, aby obsługiwać zarówno stałe pasma robocze, jak i systemy, które muszą dostosowywać się do zmieniających się wymagań częstotliwościowych.
- Filtry o stałej częstotliwości: zaprojektowane z myślą o określonym paśmie przepustowym lub paśmie odcięcia, filtry te nadają się do radiostacji, odbiorników i systemów czujnikowych o stabilnych planach częstotliwościowych.
- Przełączalne banki filtrów (SFB): Przełączniki elektroniczne lub mechaniczne umożliwiają wybór między dedykowanymi filtrami, co pozwala jednej ścieżce sygnałowej działać w kilku z góry określonych pasmach częstotliwości.
- Filtry z płynną regulacją: Waraktory, mikroelektromechaniczne układy (MEMS) oraz inne elementy strojące regulują częstotliwość środkową, szerokość pasma lub charakterystykę odcięcia w określonym zakresie, przy czym wiąże się to z kompromisami dotyczącymi strat wtrąceniowych, liniowości, zakresu strojenia oraz szybkości przełączania.
- Filtrowanie adaptacyjne i definiowane programowo: Konfigurowalne filtry cyfrowe przetwarzają sygnały po konwersji analogowo-cyfrowej, natomiast filtry częstotliwości radiowych sterowane programowo regulują selektywność przedwzmacniacza za pomocą elementów strojonych lub przełączanych sieci filtrów.
Filtrowanie cyfrowe nie jest w stanie zapobiec przeciążeniom, kompresji ani zniekształceniom występującym w poprzednich stopniach analogowych, dlatego architektury odbiorników mogą wymagać zarówno wstępnej selekcji częstotliwości RF, jak i późniejszego filtrowania cyfrowego w celu zachowania jakości sygnału.
Zastosowania filtrów RF w dronach i systemach bezzałogowych
Łącza danych dowodzenia, telemetrii i ładunku
Systemy dowodzenia i kontroli (C2), telemetria, łącza wideo, łączność satelitarna (SATCOM) oraz sieci radiowe typu mesh mogą działać w kilku pasmach częstotliwości na tej samej platformie. Filtry pasmowe pomagają wyodrębnić wymagane pasmo robocze, natomiast filtry dolnoprzepustowe mogą służyć do tłumienia harmonicznych nadajnika oraz innych niepożądanych składowych o wysokiej częstotliwości. Drony połączone z siecią komórkową mogą również posiadać filtry RF 5G w swoich modułach komunikacyjnych, aby umożliwić działanie w wyznaczonych pasmach komórkowych.
Pozycjonowanie, nawigacja i synchronizacja czasu (PNT)
Odbiorniki globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS) wykorzystują filtry RF do wyboru wymaganych pasm częstotliwości satelitarnych, jednocześnie tłumiąc energię pozapasmową, która mogłaby pogorszyć wydajność odbiornika. Odbiorniki wielopasmowe oraz przedwzmacniacze z antenami o kontrolowanym wzorze odbioru (CRPA) wymagają skoordynowanego filtrowania w wielu ścieżkach antenowych i odbiorczych, gdzie strata wtrąceniowa wpływa na czułość, a spójność amplitudy i fazy może mieć istotne znaczenie dla wielokanałowego przetwarzania sygnału.
Filtry pasmowe mikrofalowe o niskich stratach firmy ASARTECH
Systemy radarowe i systemy aktywnego wykrywania
Wysokościomierze radarowe, czujniki zapobiegania kolizjom oraz ładunki użytkowe radarów z syntetyczną aperturą (SAR) wykorzystują filtry w ścieżkach sygnałowych nadawania, odbioru lub częstotliwości pośredniej (IF). Filtrowanie pomaga kontrolować niepożądane emisje i eliminować zakłócenia, przy czym szerokość pasma przepustowego oraz charakterystyka opóźnienia grupowego muszą być dostosowane do przebiegu fali radarowej bez znaczącego pogorszenia pomiarów zasięgu, wykrywania celów lub tworzenia obrazu.
Identyfikacja, bezpieczeństwo i integracja ruchu lotniczego
Urządzeniaautomatycznego nadzoru zależnego z transmisją danych (ADS-B), zdalnej identyfikacji (Remote ID) oraz systemu rozpoznawania „przyjaciel czy wróg” (IFF) wykorzystują filtry w swoich łańcuchach sygnałów RF w celu wyboru pasm roboczych oraz ograniczenia zakłóceń pochodzących z pobliskich nadajników. Urządzenia z funkcją nadawania mogą również wymagać filtrowania w celu tłumienia harmonicznych i innych niepożądanych emisji pozapasmowych, zanim sygnały dotrą do anteny.
Ładunki związane z wojną elektroniczną (EW) i wywiadem sygnałowym (SIGINT)
Ładunki związane z wojną elektroniczną (EW) i wywiadem sygnałowym (SIGINT) mogą wymagać wykrywania, analizowania lub przesyłania sygnałów w wielu pasmach częstotliwości. Systemy monitorowania widma, przeciwdziałania elektronicznego (ECM) oraz systemy radiolokacji mogą wykorzystywać filtry stałe, filtry przestrajalne lub przełączalne banki filtrów, natomiast preselekcja odbiornika pomaga ograniczyć silne niepożądane sygnały przed wzmocnieniem o niskim poziomie szumów i konwersją częstotliwości, zachowując użyteczny zakres dynamiczny.
Ograniczanie zakłóceń w obrębie tej samej lokalizacji oraz kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) platformy
Urządzenia radiowe i systemy RF zainstalowane w bliskim sąsiedztwie mogą wzajemnie zakłócać się poprzez wycieki z nadajników, harmoniczne, produkty intermodulacji lub energię sprzężoną między antenami a kablami. Filtry pomagają kontrolować te niepożądane ścieżki sygnałów w ramach szerszej inżynierii kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) platformy. W ścieżkach nadawczych mogą być wymagane filtry o dużej mocy, natomiast wrażliwe odbiorniki wymagają filtrów dobranych pod kątem strat wtrąceniowych, tłumienia, liniowości i limitów przeciążenia, w połączeniu z odpowiednim rozstawieniem anten, ekranowaniem oraz odpowiednią konstrukcją przedwzmacniacza RF.
Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie filtrowania RF i mikrofalowego
Rozwój w dziedzinie filtrowania RF i mikrofalowego odpowiada na zapotrzebowanie na mniejsze ładunki użytkowe, szersze pasma robocze, elastyczny zakres częstotliwości oraz lepszą kontrolę zakłóceń między ściśle zintegrowanymi systemami.
- Miniaturyzacja i integracja (optymalizacja SWaP-C): Technologie SAW, BAW, cienkowarstwowych diod IPD oraz zintegrowanych modułów przedwzmacniaczy RF umożliwiają kompaktowe filtrowanie w systemach podlegających ograniczeniom rozmiaru, masy, mocy i kosztu (SWaP-C), a ścisła integracja pozwala zmniejszyć powierzchnię płytki drukowanej i wymagania dotyczące połączeń.
- Architektury rekonfigurowalne i elastyczne: MEMS, waraktory oraz przełączalne banki filtrów zapewniają regulowane charakterystyki filtrów pasmowych, blokujących i wycinających dla radiostacji wielozadaniowych, systemów o elastycznej częstotliwości, radiostacji definiowanych programowo (SDR) oraz sprzętu do walki elektronicznej.
- Zaawansowane zarządzanie współistnieniem i zakłóceniami: Strome zbocza filtrów oraz wysokie tłumienie poza pasmem pomagają tłumić zakłócenia między pobliskimi nadajnikami a czułymi odbiornikami, gdy są stosowane w połączeniu z izolacją antenową, ekranowaniem oraz starannym projektowaniem łańcucha sygnałowego RF.
- Praca w wyższych częstotliwościach i w paśmie szerokopasmowym: Filtry działające w systemach pasma Ku, pasma Ka oraz fal milimetrowych obsługują szerokopasmowe łącza danych, radary o wysokiej rozdzielczości oraz łączność satelitarną, przy czym materiały, obudowy, przejścia złączy oraz konstrukcja połączeń mają coraz większy wpływ na osiągalne straty i ogólną wydajność.
Wraz ze wzrostem częstotliwości roboczych coraz większego znaczenia nabiera charakteryzowanie filtrów w ramach przewidzianych dla nich zespołów, gdzie niedopasowania impedancji, obudowa, połączenia, pobliskie struktury oraz efekty integracji mogą wpływać na zmierzoną charakterystykę.
