فیلترهای فرکانسی موبایل ( بالا گذر ، پایین گذر ، میان گذر و میان نگذر )

فیلتر فرکانسی مدار آنتن موبایل

معمولا فیلتر فرکانسی مدار آنتن موبایل را با کمک سلف ، خازن و مقاومت ساخته می شود ، چون خازن و سلف در مقابل فرکانس با توجه به ظرفیت آنها و فرکانس در مقابل فرکانس از از خود مقاومت نشان میدهند که با کمک همین تغییرات میزان مقاومت (سلف و خازن) ، فیلتر ها جلوی عبور فرکانس ناخواسته (نویز) را می گیرند.

در آموزش الکترونیک قسمت 8 و 9 که در کانال یوتیوب فیدار تیم قرار دادیم در مورد این مقاومت در سلف و خازن به صورت مفصل شرح دادیم حتما ببنید.

در این ویدئو آموزشی توضیح می دهیم که چگونه فیلتر فرکانسی مدار آنتن موبایل با کمک سلف ، خازن و مقاومت جلوی عبور فرکانس های ناخواسته (نویز) را می گیرند.

برای شرکت در دوره های آموزشگاه تعمیرات موبایل شیراز فیدار  و آشنایی با دورهای مجموعه آموزشی فیدار به لینک مراجعه کنید.

فرکانس قطع چیست :

وقتی فیلترها در فرکانس مورد نظر فعالیت خود را شروع می کنند در فرکانس مورد نظر نسبت دامنه ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی به  0.707 کم میشود تا اینکه ولتاژ خروجی تغریبا صفر میشود.

به فرکانسی که در آن نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی 0.707 (یا 3dB(20log(Vout/Vin)- می شود،فرکانس قطع فیلتر می گویند.

در تصویر fc فرکانس قطع می باشد

انواع فیلتر فرکانسی مدار آنتن موبایل

فیلتر بالاگذر (High-pass filter) :

فرکانس‌های بالاتر از مقدار خاصی را از خود عبور می دهد و فرکانس‌های پایین‌تر از آن را عبور نمی‌دهد (تضعیف می‌کند). این نوع فیلترها به انواع متفاوتی ساخته می‌شوند و می‌توان به دسته RL و RC اشاره نمود.

در مدار آنالوگ فیلتر بالا گذر، بایستی به صورت سری در ابتدا خازن و سپس مقاومت  را در مدار آنالوگ قرار دهیم، زیرا در صورتی که به صورت برعکس عمل کنیم و اول مقاومت قرار گیرد و سپس خازن، مدار فیلتر پایین گذر RC می‌شود.

فیلتر بالاگذر خازن- مقاومت RC

برای ساخت فیلتر بالاگذر با سلف (RL) دقیقا برعکس حالت مدار خازنی عمل میکینم مانند شکل زیر:

بالا گذر برای جداسازی سیگنال هایی که فرکانس های کمتر از فرکانس قطع دارند، استفاده می شود.

فرکانس بالاگذر در موبایل برای صافی ولتاژ پایه و تغذیه بسیار کاربردی است.(در فیلم کاملا توضیح دادیم حتما ببنید)

نکته : خازن کوپلاژ نوعی فیلتر بالاگذر است.

طریقه قرار گرفتن خازن کوپلاژ ما بین قطعه

اگر نمیدانید که خازن کوپلاژ چیست حتما مقاله خازن های کوپلاژ و بای پاس را بخوانید.

فیلتر پایین‌گذر ( Low-pass filter) :

فیلتر فرکانسی پایین گذر سیگنال‌هایی با فرکانس کمتر از فرکانس مشخص را عبور می‌دهد. لازم به توجه است که این نوع در پردازش سیگنال اهمیت دارد و اثری بر سیگنال DC ندارد.

در ساخت فیلتر پایین گذر هم میتوان از سلف و مقاومت استفاده کرد(سلف سری مقاومت موازی ) و هم خازن و مقاومت (مقاومت سری با ورودی و خازن موازی با خروجی)

فلتر پایین گذر RC

فیلترپایین گذر RL

پایین گذر برای جداسازی سیگنال هایی که فرکانس های بالاتر از فرکانس قطع دارند استفاده می شود.

با اتصال بالا گذر به پایین گذر نوع دیگری ساخته می شود که اجازه عبور سیگنال با محدوده یا باند فرکانسی خاص را می دهد و سیگنال هایی را که فرکانس های خارج از این باند دارند را تضعیف می کند. این نوع به عنوان فیلتر میان گذر شناخته می شود.

نکته : خازن بای پس نوعی فیلتر پایین گذر است.

سمبل مداری ( شماتیک ) خازن بای پاس

فیلتر میان گذر (BAND PASS FILTER) :

فیلتر فرکانسی میان گذر که به عنوان BPF شناخته می ‌شود ، اجازه عبور فرکانس‌ هایی را در یک محدوده فرکانسی خاص داده و مانع عبور فرکانس ‌های خارج از آن محدوده می شود.

میان گذر دارای دو فرکانس قطع است. اولین فرکانس قطع از یک فیلتر بالا گذر است. بالا گذر محدودیت فرکانس بالای باند را تعیین می کند که به عنوان فرکانس قطع بالا شناخته می شود. فرکانس قطع دوم از فیلتر پایین گذر است که محدودیت فرکانس پایین باند را تعیین می کند و فرکانس قطع پایین نامیده می شود.

فیلترهای میان گذر از ترکیب فیلتر بالاگذر و پایین گذر تشکیل میشود و در مدار آنتن موبایل بسیار کاربردی است.

البته فیلتر میان گذر از اتصال ترکیب فیلتر بالاگذر و پایین گذر ساخته می شود با ترکیب های متفاوت ساخته می شود. در ویدئو بالا تمام حالت های ساخت فیلترهای میان گذر را توضیح دادیم حتما ببنید.

فیلتر میان نگذر (NATCH FILTER) :

از طریق ترکیب کردن یک پایین گذر RC ساده با یک بالا گذر RC می‌توانیم به سادگی یک فیلتر میان گذر را ایجاد کنیم که اجازه عبور فرکانس‌های موجود در بازه بین دو فرکانس قطع را می‌دهد. اما این امکان نیز وجود دارد که همان بالا گذر و پایین گذر را به نحوی دیگر به هم متصل کنیم که یک نوع پیکربندی متفاوت با شبکه‌ های فیلتر RC به وجود بیاید. به این پیکر بندی فیلتر میان نگذر می‌گویند. همان طور که اشاره کردیم، در یک میان نگذر، باند فرکانسی موجود در بین دو فرکانس قطع یا کامل حذف می‌شود و یا تا حد بسیار زیادی تضعیف می‌شود.

فیلتر میان نگذر مدار آنتن گوشی سامسونگ A50

فیلتر میان نگذر که به اختصار به آن BSF نیز می‌گویند، در واقع یک نوع از مدارات است که عملکرد آن ها دقیقا برعکس عملکرد یک میان گذر است که قبلا بررسی کردیم. میان نگذر که به آن حذف باند نیز می‌گویند، تمام فرکانس‌ها، به غیر از فرکانس‌ های بازه توقف را از خود عبور می‌دهد. فرکانس‌ های موجود در یک باند توقف مشخص در این نوع به شدت تضعیف می‌شوند.

اگر این باند توقف بسیار باریک باشد و در بازه‌ای چند هرتزی، تضعیف بسیار شدیدی صورت گیرد، آن‌گاه به میان گذر عموما فیلتر شکافی می‌گویند؛ زیرا پاسخ فرکانسی آن ، شکافی عمیق همراه با قدرت گزینش‌ گری بسیار بالا (یک منحنی پله مانند با شیب تند) را نشان می‌دهد، در حالی که نمودار پاسخ فرکانسی سایر میان نگذرها دارای یک باند وسیع‌تر و تغییرات هموارتر است.

خرابی فیلتر های برد موبایل باعث مشکل در انتن دهی گوشی می شود.

در گوشی های موبایل فیلتر ها بر اثر نوسانات ولتاژ ، آب خوردگی ، ضربه و … خراب میشوند که خرابی آنها باعث عدم آنتن دهی ، پرش آنتن ، عدم آنتن دهی یکی از اپراتورها ، عدم برقراری تماس علی رغم آنتن دادن گوشی  و… میشود در مقاله عیب یابی و تعمیر مدار آنتن موبایل، نحوه تعمیر مدار آنتن و فیلترها به صورت کامل توضیح داده شده است حتما آن را بخوانید.

فیلترهای LNA و SAW

فیلترها با توجه به نحوه عملکرد و روشی که برای حذف نوز استفاده میکنند دسته بندی های متفاوتی دارند که فیلترهای SAW , LNA دو سته مهم فیلترها هستند.

LNA (Low Noise Amplifier) :

این نوع تقویت‌کننده‌ها (به جای فیلترهای سلفی خازنی تنها) مانند یک تقویت‌کننده عمل می‌کنند. در این تقویت‌کننده‌ها (LNA)، سیگنال اصلی توسط مدارهای داخلی شامل ترانزیستور، دیود، خازن و… تقویت می‌شود. با افزایش نسبت سیگنال به نویز (SNR)، کیفیت سیگنال بهبود می‌یابد. به همین دلیل، تقویت‌کننده‌های LNA معمولاً به یک منبع تغذیه برای تأمین ولتاژ مورد نیاز خود نیاز دارند.

در شکل بالا یک فیلتر LNA مربوط به گوشی S22 ULTRA را مشاهده میکنید.

مزیت این روش این است که در فرکانس های بالا خیلی عالی عمل میکند و همچنین باعث تقویت سیگنال‌های ضعیف بدون افزودن نویز زیاد میشود.

به همین دلیل از LNA معمولا در ورودی آنتن مورد استفاده قرار میگیرد.

نتها ایراد LAN ها مصرف انرژی است.

فیلتر SAW (Surface Acoustic Wave) :

یک فیلتر پسیو (غیرفعال) است که برای انتخاب فرکانس خاص یا حذف نویز و فرکانس‌های ناخواسته استفاده می‌شود.از امواج صوتی سطحی که روی یک بستر پیزوالکتریک حرکت می‌کنند استفاده می‌کند.

فیلترهای SAW کاملاً وابسته به خاصیت پیزوالکتریک مواد هستند. این مواد (مانند کوارتز، نیوبیت لیتیوم، یا تانتالات لیتیم) توانایی تبدیل امواج الکتریکی به امواج مکانیکی (و بالعکس) را دارند، که برای عملکرد SAW ضروری است. بدون خاصیت پیزوالکتریک، ایجاد و کنترل امواج سطحی امکان‌پذیر نیست.

فیلترهای SAW معمولا دقت بالایی دارند ، برای فرکنس های بالا بسیار مناسب هستند(مخصوصا فرکانس موبایل)،آنها را میتوان در ابعاد کوچک ساخت ولی گران هستند و هزینه ساخت بالایی دارند.

به همین دلیل در برد موبایل ترکیبی از فیلترهای LNA , SAW , LC FILTER استفاده میشود.

همچنین فیلترهای SAW برای سیگنال های با توان بالا مناسب نیست زیرا توان بالا میتواند به ماده پیزو آسیب برساند.

همچنین فیلترهای SAW نسبت به دما و تغییرات محیطی مقاوم هستند، اما نسبت به برخی شرایط مانند رطوبت حساس هستند و اگر دچار آب خوردگی شوند این فیلترها آسیب میبینند.

یکی دیگر از مزیت های فیلترهای SAW این است که با تغییر طراحی هندسه الکترودها، می‌توان SAW فیلترها را برای باندهای فرکانسی مختلف طراحی کرد.

دیپلکسر DIPLEXER

سویئچ آنتن دیپلکسر هم یک نوع فیلتر به حساب میآید که در متن انواع سویچ آنتن دوپلکسر و دیپلکسر Duplexer Diplexer در مورد این نوع فیلترها توضیح دادیم حتما مطالعه کنید.

جمع بندی

در دوره های آموزش تعمیرات موبایل که در آموزشگاه فیدار برگذار میگردد تمام نکته ها و تکنیک های تعمیرات موبایل به صورت کامل و تخصصی به ما آموزش داده میشود.برای شرکت در دوره ها به سایت آموزشگاه تعمیرات موبایل شیراز فیدار مراجعه کنید و برای مشاهده  آموزش ها و تکنیک رایگان تعمیرات موبایل به کانال یوتیوب fidarteam ، آپارات fidarteam و اینستگرام ما به آدرس fidarteam مراجعه کنید