مرشح إيقاف النطاق

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 12 صور
الموسوعة الحرة
مرشح إيقاف نطاق مثالي عام، يُظهر الترددات الزاوية الموجبة والسالبة.

في معالجة الإشارات ، يُعرف مرشح إيقاف النطاق أو مرشح رفض النطاق بأنه مرشح يسمح بمرور معظم الترددات دون تغيير، ولكنه يُضعف الترددات ضمن نطاق محدد إلى مستويات منخفضة جدًا. [ 1 ] وهو عكس مرشح تمرير النطاق . أما مرشح الحز فهو مرشح إيقاف نطاق ذو نطاق إيقاف ضيق ( معامل جودة عالٍ ).

تُستخدم مرشحات النطاق الضيق ( البصرية ) في مطيافية رامان ، وإعادة إنتاج الصوت المباشر ( أنظمة الصوت العامة )، وفي مضخمات الآلات الموسيقية (خاصةً المضخمات أو المضخمات الأولية للآلات الصوتية مثل الغيتار الصوتي ، والماندولين ، ومضخم آلة الباس ، إلخ) لتقليل أو منع التغذية الراجعة الصوتية ، مع تأثير ضئيل على بقية نطاق التردد ( المرشحات الإلكترونية أو البرمجية ). ومن الأسماء الأخرى لها: "مرشح تحديد النطاق"، و"مرشح النطاق الضيق على شكل حرف T"، و"مرشح إزالة النطاق"، و"مرشح رفض النطاق".

عادةً، يتراوح عرض نطاق الإيقاف بين عقدين (أي أن أعلى تردد يتم تخفيفه يتراوح بين 10 و100 ضعف أدنى تردد يتم تخفيفه). ​​مع ذلك، في نطاق الترددات الصوتية ، قد لا يفصل بين نطاقي الترددات العالية والمنخفضة في مرشح الحجب سوى نصف نغمة . من خلال شكل استجابة التردد لمرشح الإيقاف المثالي، يتضح أنه ببساطة مرشح تمرير نطاق معكوس، حيث يتشاركان نفس تعريف عرض النطاق، ونطاق التمرير ، ونطاق الإيقاف ، والتردد المركزي . يجب أن يكون التخفيف لانهائيًا في نطاق الإيقاف ، وصفرًا في نطاقي التمرير لمرشح الإيقاف المثالي. تُصمم مرشحات الإيقاف بدمج مرشح تمرير منخفض ومرشح تمرير عالٍ في تكوين متوازٍ. لا يحدث تداخل في مجموع مرشح التمرير العالي ومرشح التمرير المنخفض أثناء تصميم مرشح الإيقاف. يؤدي اختلاف نقاط تردد البداية والنهاية إلى اتصال المرشحين بفعالية دون أي تداخل.

مخطط كهربائي عام لمرشح إيقاف نطاق بسيط

الوصف الرياضي

يمكن تمثيل مرشح إيقاف النطاق كمزيج من مرشح تمرير منخفض ومرشح تمرير عالي إذا كان عرض النطاق واسعًا بما يكفي بحيث لا يتداخل المرشحان بشكل كبير. يتمثل النهج الأكثر عمومية في تصميمه كمرشح تمرير منخفض أولي يمكن تحويله لاحقًا إلى مرشح إيقاف نطاق. يمكن تحليل مرشح الحز البسيط الموضح مباشرةً. دالة التحويل هي:

ح(s)=s2+ωz2s2+ωصسؤالs+ωص2{\displaystyle H(s)={\frac {s^{2}+\omega _{z}^{2}}{s^{2}+{\frac {\omega _{p}}{Q}}s+\omega _{p}^{2}}}}

هناωz{\displaystyle \omega _{z}}التردد الزاوي يساوي صفرًا و ωص{\displaystyle \omega _{p}}التردد الدائري للقطب. التردد الصفري هو تردد القطع.ωص{\displaystyle \omega _{p}}يحدد نوع مرشح الشق: شق قياسي عندωz=ωص{\displaystyle \omega _{z}=\omega _{p}}، مرشح تمرير منخفض (ωz>ωص{\displaystyle \omega _{z}>\omega _{p}}) ومرشح الترددات العالية (ωz<ωص{\displaystyle \omega _{z}<\omega _{p}}) المرشحات.سؤال{\displaystyle Q}يرمز إلى عامل الجودة (Q). [ 2 ]

بالنسبة لمرشح الشق القياسي، يمكن إعادة كتابة الصيغة على النحو التالي:

ح(s)=s2+ω02s2+ωجs+ω02={22+ωج/ω0+ωج/ω0(2+ωج/ω0)2(s/ω0-1)2+يا((s/ω0-1)3)،ω0≠0s/ωج-s2/ωج2+يا(s3/ωج3)،ω0=0،{\displaystyle H(s)={\frac {s^{2}+\omega _{0}^{2}}{s^{2}+\omega _{c}s+\omega _{0}^{2}}}={\begin{cases}{\frac {2}{2+\omega _{c}/\omega _{0}}}+{\frac {\omega _{c}/\omega _{0}}{(2+\omega _{c}/\omega _{0})^{2}}}(s/\omega _{0}-1)^{2}+O\left((s/\omega _{0}-1)^{3}\right),&\omega _{0}\neq 0\\s/\omega _{c}-s^{2}/\omega _{c}^{2}+O\left(s^{3}/\omega _{c}^{3}\right),&\omega _{0}=0,\end{cases}}}

أينω0{\displaystyle \omega _{0}} هو التردد المركزي المرفوض وωج>0{\displaystyle \omega _{c}>0}يمثل عرض النطاق المرفوض.

أمثلة

في مجال الصوت

فلتر مضاد للضوضاء

بالنسبة للدول التي تستخدم خطوط كهرباء بتردد 60 هرتز : 

  • التردد المنخفض: 59  هرتز،
  • التردد المتوسط: 60  هرتز،
  • التردد العالي: 61  هرتز.

هذا يعني أن المرشح يمرر جميع الترددات باستثناء نطاق 59-61  هرتز. ويُستخدم هذا النطاق لتصفية طنين التيار الكهربائي من  خط الطاقة بتردد 60 هرتز، مع العلم أن التوافقيات الأعلى قد تظل موجودة.

بالنسبة للدول التي يكون فيها نقل الطاقة بتردد 50  هرتز، سيكون للمرشح  نطاق تردد يتراوح بين 49 و51 هرتز.

في مجال الترددات الراديوية (RF)

اللاخطية في مضخمات الطاقة

عند قياس اللاخطية في مضخمات الطاقة، يُعد استخدام مرشح حجب ضيق النطاق مفيدًا جدًا لتجنب تردد الموجة الحاملة . وقد يضمن استخدام هذا المرشح عدم تجاوز الحد الأقصى لطاقة الإدخال لجهاز تحليل الطيف المستخدم للكشف عن المحتوى الطفيلي.

مصيدة الأمواج

يُستخدم مرشح الحجب، وهو عادةً دائرة LC بسيطة ، لإزالة تردد تداخل محدد. هذه تقنية تُستخدم مع أجهزة استقبال الراديو القريبة جدًا من جهاز الإرسال لدرجة أنها تُغطي على جميع الإشارات الأخرى. يُستخدم مصيدة الموجات لإزالة أو تقليل الإشارة من جهاز الإرسال القريب بشكل كبير. [ 3 ]

الراديو المعرف بالبرمجيات

تعاني معظم أجهزة الراديو المعرفة بالبرمجيات (SDR) المتوفرة في السوق اليوم من نطاقات ديناميكية وتشغيلية محدودة. بعبارة أخرى، في بيئات التشغيل الواقعية، قد يتشبع جهاز SDR بسهولة بإشارة قوية. على وجه الخصوص، إشارات بث FM قوية جدًا ومتوفرة في كل مكان تقريبًا. قد تمنع هذه الإشارات جهاز SDR من معالجة الإشارات الضعيفة الأخرى. تُعد مرشحات حجب FM مفيدة جدًا لتطبيقات SDR، وقد ازداد استخدامها بشكل ملحوظ.

الترشيح البصري (اختيار الطول الموجي)

في مجال البصريات، توجد عدة طرق لترشيح أطوال موجية محددة من مصدر أو إلى كاشف. وتعتمد هذه الطرق على التشتت أو التداخل الهدام .

الترشيح عن طريق التشتت والانعراج

يمكن استخدام محزز حيود [4] أو موشور تشتيت لإعادة توجيه أطوال موجية مختارة من الضوء بشكل انتقائي داخل نظام بصري .

في حالة محززات النقل والموشورات، يُعاد توجيه الضوء متعدد الألوان الذي يمر عبر الجسم وفقًا لطوله الموجي. ويمكن استخدام شق لاختيار الأطوال الموجية المطلوبة. كما يمكن استخدام محزز عاكس للغرض نفسه، ولكن في هذه الحالة ينعكس الضوء بدلًا من أن ينفذ. وقد تكون المرشحات المصممة لهذا النوع مرشحات تمرير عالي، أو تمرير نطاقي، أو تمرير منخفض، وذلك حسب تكوين النظام.

الترشيح بالتداخل

عند استخدام البصريات المصنوعة من مواد حقيقية، يتضاءل الضوء عند أطوال موجية مختلفة نتيجة تداخله مع الوسط الذي يمر عبره. ولذلك، يمكن الاستعانة باختيار المواد لترشيح الضوء بشكل انتقائي وفقًا للأطوال الموجية الأقل تعرضًا للتضاؤل. وإلى حد ما، تعاني جميع الأنظمة البصرية الحقيقية من هذه الظاهرة.

بدلاً من ذلك، من الممكن أيضاً استخدام سطح عاكس متذبذب لإحداث تداخل هدام مع الضوء المنعكس على طول مسار بصري واحد. هذا المبدأ هو أساس مقياس التداخل لمايكلسون .

مرشح تنعيم النطاق الترددي

يُعدّ مرشح التنعيم أساسيًا في العديد من المجالات، مثل معالجة الإشارات والصور ، ورؤية الحاسوب ، والإحصاء ، كما ذكر رونيزي (2021). [ 5 ] تُعتبر خوارزميات مثل تنظيم التباين التربيعي ومعلومات التنعيم المسبقة من أكثر الطرق شيوعًا لإزالة التشويش من الإشارات. وقد طُبّقت هذه الخوارزميات على مرشحات تنعيم النطاق الترددي، ويجري حاليًا بحثها من قِبل رونيزي (2021). [ 5 ] وقد طُرح مرشح تنعيم بسيط للنطاق الترددي، يتكون من ربط مرشح تنعيم عالي التمرير ومرشح تنعيم منخفض التمرير. ويتم تكوين هذين الجزأين من مرشح التنعيم بشكل متوازٍ. علاوة على ذلك، أشارت الدراسة إلى أن الارتباط الإيجابي للضوضاء يُبشّر بالحصول على أفضل مرشح تنعيم للنطاق الترددي.

الاتصالات السلكية واللاسلكية

أشار هادي (2019) إلى أن تطور تطبيقات الاتصالات يزيد الطلب على مرشحات الترددات الراديوية والميكروويف . [ 6 ] تُستخدم هذه المرشحات بشكل شائع في أنظمة الصوت العامة وأنظمة مكبرات الصوت لإنتاج صوت عالي الجودة. تتميز مرشحات الميكروويف بمرونة عالية في التنفيذ وتكلفة منخفضة. ويحتل مرشح إيقاف النطاق مكانة مرموقة في مجال الاتصالات ، حيث يُعدّ أساسيًا لأجهزة الإرسال والاستقبال الميكروويفية. فعلى سبيل المثال، تستخدم أنظمة الاتصالات اللاسلكية مرشحات إيقاف النطاق لتحقيق متطلبات التصغير.

مرشح إيقاف النطاق الميكروستريبي

يُعدّ مرشح إيقاف النطاق ذو الخط الميكروستريبي سهل التنفيذ، ومنخفض التكلفة، وخفيف الوزن. وقد ذكر هسيه ووانغ (2005) أن مرشحات إيقاف النطاق الميكروستريبي التقليدية مصنوعة من رنانات مفتوحة الدائرة موصولة على التوازي . [ 7 ] وعادةً ما تتميز بنطاق إيقاف ضيق . ومع ذلك، فإن تعديل مرشح إيقاف النطاق للحصول على استجابة نطاق إيقاف واسع من خلال تصميم مُحدد يُمكن أن يُحقق ميزة كبيرة مقارنةً بمرشحات إيقاف النطاق التقليدية.

تتميز مرشحات إيقاف النطاق الميكروستريبية التي صممها هسيه ووانغ (2005) بصغر حجمها وسهولة تطبيقها. يحتوي هذا المرشح المُحسّن، ذو نطاق الإيقاف الواسع، على عدد إضافي من أصفار الإرسال . ويهدف هذا التصميم، كما ذكر هسيه ووانغ (2005)، إلى دمج رنان ربع موجي مفتوح الدائرة مع قسم واحد من بنية اقتران اختيار التردد ربع الموجي. ونتيجةً لذلك، يُمكن لمرشح إيقاف النطاق ذي البنية البسيطة وسهولة التطبيق أن يُحقق مزايا الرنانات منخفضة الرتبة ، وأداءً ممتازًا في نطاق الإيقاف مقارنةً بمرشحات إيقاف النطاق الميكروستريبية التقليدية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مرشح إيقاف النطاق"، المعيار الفيدرالي 1037C ، تم الاطلاع عليه في 14 مايو 2018.
  2. ↑ "الفصل 8: المرشحات التناظرية". التصميم الخطي الأساسي . الولايات المتحدة الأمريكية: شركة Analog Devices Inc. 2006.
  3. ↑ كار، جوزيف ج. (2001). دليل فني أجهزة استقبال الراديو: تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية ، ص 282. نيونس. ISBN 0-7506-7319-2.
  4. ↑ تيراسيانو، أنتوني (2018). "مستشعر كشف الغازات الخطرة باستخدام مطيافية امتصاص الضوء واسعة النطاق القائمة على الصمام الثنائي الباعث للضوء لتطبيقات الفضاء" . الفضاء الجديد . 6 (1): 28-36 . Bibcode : 2018NewSp...6...28T . doi : 10.1089/space.2017.0044 . OSTI 1435270 . 
  5. 1 2 رونيزي، أرمان خيراتي؛ جوتن، كريستيان (2021). "تصميم مرشح تنعيم النطاق الترددي" . معاملات IEEE في معالجة الإشارات . 69 : 1797-1810 . Bibcode : 2021ITSP...69.1797R . doi : 10.1109/TSP.2021.3060619 . ISSN 1941-0476 . S2CID 233137801 .  
  6. ↑ هادي، سهيلة بن؛ زوغري، أسماء؛ زكريتي، علياء؛ عشرو، سفيان (2020-01-01). "تصميم مرشح مستو لإيقاف النطاق لتطبيقات الاتصالات" . تصنيع بروسيديا . 46 : 788– 792. دوى : 10.1016/j.promfg.2020.04.006 . ردمك 2351-9789 . S2CID 219444573 .  
  7. ↑ هسيه، مينغ يو؛ وانغ، شيه مينغ (يوليو 2005). "مرشح حجب نطاق ميكروستريب مضغوط وعريض النطاق" . رسائل مكونات الميكروويف واللاسلكية IEEE . 15 (7): 472-474 . Bibcode : 2005IMWCL..15..472H . doi : 10.1109/LMWC.2005.851572 . ISSN 1558-1764 .