في الأنظمة الإلكترونية عالية التردد مثل الاتصالات اللاسلكية وأنظمة الرادار والأجهزة الطبية، مرشحات التردد اللاسلكي تعمل مرشحات الترددات الراديوية (RF) كوحدات تحكم في حركة الإشارات. تقوم هذه المكونات الأساسية بفحص نطاقات تردد محددة بدقة، مما يضمن الأداء الأمثل للجهاز. تُفصّل هذه المقالة التقنية الأساسية وراء مرشحات الترددات الراديوية، وتتناول معايير الاختيار الرئيسية التي يهتم بها المهندسون.

1. الوظائف الأساسية ومبادئ العمل

مرشح الترددات الراديوية عبارة عن دائرة إلكترونية مكونة من المكثفات (C)، والمحثات (L)، والمقاومات (R) وتشمل أدوارها الأساسية ما يلي:

1. انتقائية التردد :السماح لنطاقات التردد المستهدفة (على سبيل المثال، 3.5 جيجاهرتز لشبكة الجيل الخامس) بالمرور بأقل قدر من الخسارة

2. قمع التداخل :منع الضوضاء خارج النطاق (على سبيل المثال، تداخل القنوات المجاورة، التوافقيات القوية)

3. تشكيل الإشارة :تحسين جودة الشكل الموجي (تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء)

يعتمد مبدأ العمل على نظرية مطابقة المعاوقة :تُنشئ دوائر الرنين LC مسارات منخفضة المقاومة عند الترددات المستهدفة، بينما تُقدم مقاومة عالية للترددات الأخرى. على سبيل المثال، في هوائيات الهواتف الذكية، مرشحات التردد اللاسلكي منع التداخل بين إشارات WiFi 2.4 جيجا هرتز وإشارات 4G 1.8 جيجا هرتز.

2. مقارنة بين أربعة أنواع رئيسية من مرشحات التردد اللاسلكي

التطورات الحديثة مثل SAW (الموجة الصوتية السطحية) و BAW (الموجة الصوتية السائبة) تحقق المرشحات قيم Q أعلى بعشر مرات من مرشحات LC التقليدية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية التردد مثل 5G mmWave.

3. معايير الاختيار الرئيسية للتطبيقات الواقعية

تُسلّط دراسة حالة من شركة مُصنّعة للمنازل الذكية الضوء على الاحتياجات العملية: فقد عانت وحدة الواي فاي الخاصة بها من انقطاعات بسبب تداخل فرن الميكروويف بتردد 2.4 جيجاهرتز. ومن خلال استخدام مُرشّح تمرير نطاق مع خسارة الإدراج أقل من 1 ديسيبل و >رفض 40 ديسيبل عند 2.5 جيجاهرتز لقد نجحوا في خفض معدلات خطأ الإشارة بنسبة 90%.

أربعة معايير حاسمة للاختيار:

1. نطاق النطاق الترددي :تغطية الترددات التشغيلية بهامش ±10%

2. الرفض خارج النطاق :تجاوز متطلبات النظام بما لا يقل عن 3 ديسيبل

3. التعامل مع الطاقة :تمثل عامل أمان الطاقة القصوى 1.5x

4. استقرار درجة الحرارة : انحراف التردد <0.1% من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية

4. استكشاف الأخطاء وإصلاحها للمشكلات الشائعة

س: هل هناك إضعاف مفرط للإشارة من الفلتر؟
أ: اختر النماذج ذات خسارة الإدخال المنخفضة أو أضف LNA (مضخم الضوضاء المنخفض) في المنبع.

س: كيفية تكوين المرشحات لأنظمة النطاقات المتعددة؟
أ: استخدم التصميمات المتتالية: مرشح النطاق العريض (الواجهة الأمامية) + مرشحات النطاق الضيق المتعددة (الواجهة الخلفية).

س: الكشف عن فشل الفلتر؟
أ: استبدل المرشحات إذا زاد فقدان نطاق التمرير بمقدار >3 ديسيبل أو انخفض الرفض خارج النطاق بمقدار >10 ديسيبل.

مع تطور تقنيات الجيل الخامس المتقدم والجيل السادس، ظهرت ابتكارات مثل مرشحات قابلة للضبط و مرشحات الكريستال الفوتونية يتجاوزون حدود التقنيات التقليدية. يُنصح المهندسون بتصميم أداء أعلى بنسبة ٢٠٪ للترقيات المستقبلية.