TX і RX фільтри вибирають певну частину радіочастотного або мікрохвильового сигналу на основі бажаної частоти, а решту сигналу, що передається або приймається, відкидають. Діапазон частот, які пропускаються фільтром, називається смугою пропускання, а діапазони частот, які необхідно відкинути, називаються смугами затримування. Якщо не вказано інше, фільтри відбивають енергію в смугах пропускання, а не поглинають її.

Фільтр нижніх частот пропускає всі сигнали нижче частоти зрізу аж до постійного струму і відкидає вищі частоти. Використовуйте ФНЧ для усунення гармонік, стрибків і продуктів інтермодуляції, які можуть виникати вище основної частоти передавача.

Фільтр високих частот пропускає всі сигнали, вищі за частоту зрізу, і відкидає нижчі. Це може бути корисно для усунення стрибків і шумів, які можуть виникати нижче основної частоти передавача. Вони також використовуються для захисту приймачів від сусідніх потужних передавачів.

Смуговий фільтр усуває небажані сигнали як вище, так і нижче потрібної смуги частот, дозволяючи приймати лише потрібні частоти. Наприклад, смуговий фільтр може захистити приймач від сусідніх передавачів і перешкод у сусідніх каналах.

На практиці всі фільтри демонструють неідеальну поведінку, наприклад, вносяться втрати і пульсації в смузі пропускання і нескінченне затухання в смузі (-ах) затримки. Відхилення фільтрів нижніх частот може погіршуватися зі збільшенням частоти. Можуть існувати режими повторного входу, які викликають додаткові смуги пропускання в смугових фільтрах на частотах, кратних бажаній смузі частот. Як для постачальників, так і для замовників важливо розуміти всі вимоги до фільтрів.

Добротність (Q) фільтра є важливою характеристикою. Q - це просто відношення накопиченої енергії до розсіяної. Чим вища добротність, тим менші втрати на введення. Висока добротність також допомагає при проєктуванні широкосмугових смугових фільтрів.

Фільтри можуть бути виготовлені з різноманітних матеріалів за допомогою багатьох методів. Деякі з найбільш часто використовуваних сьогодні фільтрів включають:

Механічні фільтри

Цей тип фільтрів використовує механічні резонатори, які підключаються до електричного кола за допомогою п'єзоелектричних перетворювачів для приймачів. Він широко використовувався в 1960-х і на початку 1970-х років, як правило, для низьких частот до 500 кГц. Хоча механічні фільтри пропонують високі рівні продуктивності, вони можуть бути дуже великими і схильні до дрейфу в широкому діапазоні температур.

Кристалічні фільтри

Кристалічні фільтри використовують п'єзоелектричні кристали кварцу як резонатори для вибору певної фіксованої частоти. Цей тип фільтрів може бути створений за допомогою дискретних кристалів або шляхом інтеграції фільтра на одній кварцовій пластині (так званий монолітний кристалічний фільтр). Зріз кристала кварцу визначає частоту коливань кристала, певні температурні характеристики компонента. Кварцові кристали можуть мати механічні резонанси з дуже високою добротністю (до 100 000), створюючи смугові фільтри з дуже точними частотними характеристиками. Це також забезпечує дуже високу температурну стабільність. Кристалічні фільтри можуть бути дорогими і вимагають надзвичайно точних виробничих процесів, але вони надійні та ефективні. Вони також більші, ніж деякі інші види фільтрів. Вони можуть працювати лише з низькою потужністю і тому використовуються лише в якості приймально-передавальних фільтрів.

Керамічні фільтри засновані на тому ж п'єзоелектричному принципі, що і кристалічні фільтри, але замінюють кварцовий кристал на керамічний резонатор. Хоча вони не мають такої високої ефективності, як кристалічні фільтри, вони можуть бути значно дешевшими у виробництві. Керамічні фільтри можуть бути дуже маленькими і забезпечувати достатню добротність для широкого спектра застосувань. Фільтри об'ємних акустичних хвиль (BAW) і поверхневих акустичних хвиль (SAW) - це керамічні фільтри, і вони досить дешеві, щоб використовуватися в мобільних телефонах.

Резонансні фільтри

Резонатори вибирають характеристики смуги пропускання на основі довжин хвиль, які будуть резонувати. Резонансні фільтри мають великі розміри на надвисоких частотах, де довжина хвиль становить помітну частку метра.

Фільтри на дискретних елементах

Використання конденсаторів і котушок індуктивності в ланцюгах є добре відомою технікою для фільтрів в ультрависоких і мікрохвильових діапазонах частот. Значення елементів можна розрахувати безпосередньо з вимог, використовуючи відомі формули; сутність фільтрів на дискретних компонентах полягає в тому, щоб врахувати в конструкції небажані паразитні елементи, такі як послідовна індуктивність конденсатора, і змусити її поводитися відповідно до необхідних специфікацій.

При виборі фільтра слід враховувати наступні міркування:

• Бажана частота роботи
• Внесення втрат / пульсацій
• Необхідні смуги пропускання та затримки
• Обробка потужності (для фільтрів TX)
• Розмір фільтра
• Тип роз'єму
• Вартість
• Температурна стабільність

Вимоги до фільтра Q та ізоляції каналів

Вузькосмугове мовлення було проблемою зменшення перевантаження з початку 1990-х років, і в 2013 році FCC вимагала від усіх нинішніх ліцензіатів, щоб вони повністю використовували обладнання на 12,5 кГц. Цей крок дозволив конвертувати вже існуючий канальний спектр для подальшого розподілу, створюючи додаткові канали. Однак підвищення ефективності використання спектра вимагає певних витрат. Щільніший розподіл каналів також означає, що існує вдвічі більше потенційних векторів перешкод від сусідніх каналів, і вимоги до ізоляції каналів повинні бути більш жорсткими.

Більше того, цілком ймовірно, що в найближчі кілька років FCC розпочне черговий раунд регулювання вузькосмугового зв'язку, який вимагатиме від усіх ліцензіатів відповідати новим вимогам щодо інтервалу між каналами в 6,25 кГц. Вузькосмуговий приватний наземний мобільний зв'язок в УКХ діапазоні вже використовує інтервал 7,5 кГц.

Радіоприймачі, виготовлені після 2000-х років, мають можливість програмування, що дозволяє змінювати призначення каналів. Отже, дехто може запитати, чому добротність фільтра або ізоляція каналів має відношення до вузькосмугового мовлення. Радіообладнання могло бути специфіковане лише відповідно до вимог більшої ширини смуги пропускання, і, щоб бути конкурентоспроможними, нові радіостанції і постачальники послуг повинні вибирати фільтри з вищою добротністю і радіообладнання з вищою ізоляцією каналів, щоб уникнути незаконних перектиттів з все більш вузькими ДВЧ і УВЧ-каналами.

Оскільки добротність фільтра - це відношення центральної частоти до смуги пропускання резонатора в 3 дБ, для того, щоб зменшити смугу пропускання вдвічі, добротність фільтра потрібно буде подвоїти, щоб забезпечити таку ж продуктивність в нових вузькосмугових каналах. З майбутнім зменшенням смуги до 6,25 кГц це означає, що для забезпечення порівнянної ефективності, добротність фільтра потрібно буде подвоїти ще раз. Існують фізичні обмеження, обмеження матеріалів і конструктивні обмеження, які лімітують добротність фільтрів, і ці фактори повинні бути враховані, щоб забезпечити високоефективні фільтри, які відповідають цим новим вимогам до добротності, а також надійні і здатні працювати з великою потужністю. Ізоляція каналу здійснюється таким же чином, і на неї впливають добротність фільтра і властивості загасання фільтра за межами смуги пропускання.

З вужчими каналами вимоги до стабільності частоти є більш жорсткими. Користувачі повинні приділяти більше уваги правильному налаштуванню всіх компонентів радіосистеми, а регулятори частоти повинні бути більш точними. Температура або старіння можуть спричинити дрейф частотної характеристики, що може створювати перешкоди для сусідніх каналів.