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6-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Titelstory Bild 5:

Titelstory Bild 5: Typische Erweiterung des Spektrums durch Intermodulation, die durch Reflektionen von mehrstufigen Filtern verursacht wird Abschlusswiderstände durch angepasste Subnetze ersetzt werden, um Verbesserungen bezüglich der Dämpfung im Sperrbereich und der Steilheit im Übergangsbereich zu bewirken. Beispielsweise wurde eine Serie von Tiefpassfiltern dritter Ordnung entwickelt, in denen drei reflektionsfreie Filter ineinander verschachtelt werden. Diese Designs erreichen steilere Übergänge und höhere Unterdrückung in der ersten Oktave des Sperrbereichs, verglichen mit den Daten reflektionsfreier Tiefpässe erster Ordnung. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Sperrdämpfung oder zur Zusammenschaltung von Hoch- und Tiefpassfiltern zur Erzeugung eines Bandpassverhaltens bieten in vielen Anwendungen kaskadierte Filter. Während die Kaskadenschaltung herkömmlicher Filter Inband-Welligkeit sowie Phaseninstabilität hervorrufen kann, lassen sich reflektionsfreie Filter sogar in drei Sektionen einsetzen, ohne dass diese Effekte sich auf die Leistung des Filters auswirken. Graphiken zur Veranschaulichung der typischen Einfügungs- und Rücklaufdämpfung sowie der Gruppenlaufzeitverzögerung eines traditionellen Filters im Vergleich zu einem reflektionsfreien Filter zeigt Bild 4. Praktische Anwendungen Reflektionsfreie Filter eignen sich besonders gut für die Zusammenschaltung mit empfindlichen, nichtlinearen Komponenten, was bei traditionellen Filtern praktisch immer problematisch ist. In einem Beispiel wird ein Filter hinter einem Mischer in der Signalkette angeordnet. Mischer erzeugen u.a. unerwünschte Mischprodukte, LO-Harmonische höherer Ordnung und andere störende Signalkomponenten, die ausgefiltert werden müssen. Bei einem gewöhnlichen Filter werden diese unerwünschten Nebenwellen üblicherweise zurück in den Mischer reflektiert wo sie erneut umgesetzt, oder mit den erwünschten Signalen neu gemischt werden und dadurch ein ganzes Störspektrum erzeugen, das in den Filter-Durchlassbereich fallen kann. Die Reduzierung der von nichtlinearen Mischern produzierten Intermodulationsprodukte ist immer ein Designziel gewesen, und die Industrie hat auch Fortschritte mit FET-basierten Mischern mit hohem Dynamikbereich erzielt. Jedoch produzieren alle Mischer - prinzipbedingt - Intermodulationsprodukte mit irgendeinem Pegel an jedem Port, die dann mit den benachbarten Elementen in der HF-Signalkette reagieren. Wenn diese benachbarten Elemente Filter sind, werden die Außerband- Intermodulationsprodukte vollständig zurück in den Mischer reflektiert, wo sie mit dem Grundsignal wieder rekombinieren und weitere "Familienmitglieder" unerwünschter Mischprodukte produzieren. Bild 6: Minimisierung der Intermodulationserweiterung durch Verwendung reflektionsfreier Filter an den Mischer-Ports Manche von ihnen erreichen den ZF-Ausgang, andere finden sich im Durchlassbereich wieder und begrenzen dadurch die gesamte Dynamik des Systems. Wenn diese Reflektionen aus dem Filter-Sperrbereich reduziert werden, werden auch die unerwünschten Inband-Intermodulationsprodukte weniger, was zu einer Verbesserung des gesamten Systemdynamikbereichs führt. Diese unerwünschte Nebenwellen können eine beachtliche Größe bei undefinierter Phase erreichen. Daher können sich diese Signale bei bestimmten Bild 7: Einfache Simulation eines Mischers, gefolgt von einem, über eine Übertragungsleitung angeschlossenen, traditionellen sowie einem reflektionsfreien Filter 10 hf-praxis 6/2016

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