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Qu'est-ce qu'un filtre RF Butterworth - les bases

Qu'est-ce qu'un filtre RF Butterworth - les bases


La topologie de filtre Butterworth est largement utilisée dans de nombreuses applications de filtrage RF et générales.

L'une des principales caractéristiques du filtre Butterworth est qu'il a ce que l'on appelle une réponse extrêmement plate dans sa bande passante.

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En fait, le filtre Butterworth est souvent considéré comme une bonne forme de filtre polyvalent qui convient à de nombreuses applications, bien qu'il ne fournisse pas la coupure la plus nette.

Développement de filtres Butterworth

Aux débuts de la technologie sans fil, la technologie des filtres n'était pas aussi avancée qu'aujourd'hui. Des recherches sur les filtres et la manière dont ils pourraient être réalisés et leurs performances prévues ont été entreprises dans de nombreux domaines.

Dans un développement, Stephen Butterworth, du laboratoire de recherche de l'Amirauté, a entrepris le développement d'un filtre qui produit une réponse plate dans la bande passante. Butterworth a publié un article sur son travail au Royaume-Uni en octobre 1930. Le document était intitulé: «Sur la théorie des amplificateurs de filtre» et y développait les équations de base pour un filtre à plat maximal à utiliser dans les amplificateurs à valve RF.

L'article a été publié dans un magazine intitulé Experimental Wireless and Wireless Engineer. Ce titre a été publié au Royaume-Uni par Iliffe and Sons dans les années 1920 et au début des années 1930, changeant plus tard son titre en: «Wireless Engineer and Experimental Wireless».

Dans l'article, Butterworth a déclaré:

Outre la compacité du système, l'amplificateur de filtre présente un avantage par rapport aux systèmes orthodoxes en ce que l'effet de la résistance est entièrement contrôlé de sorte que nous pouvons construire des filtres dans lesquels la sensibilité est uniforme dans la région de passage.

À l'époque, une grande partie de cette technologie était relativement nouvelle, et en plus de cela, il faudrait de nombreuses années avant que la technologie informatique soit disponible pour analyser les circuits. En conséquence, les conceptions de filtres avaient tendance à présenter de grands niveaux d'ondulation dans la bande, ce qui posait problème lorsque les gens avaient besoin de réponses plus plates. Butterworth a été la première personne à pouvoir obtenir une réponse intrabande presque plate.

Dans son article, Butterworth a produit des équations pour les filtres à deux et quatre pôles. Cependant, pour minimiser la perte réelle du filtre, il a montré comment d'autres sections pouvaient être entrecoupées de vannes thermo-ioniques, d'amplificateurs à tube à vide.

Réponse en amplitude du filtre Butterworth

Comme mentionné ci-dessus, la caractéristique clé du filtre Butterworth est qu'il a une réponse au maximum plate dans la bande passante, c'est-à-dire qu'il n'a pas d'ondulations de réponse comme dans le cas de nombreuses autres formes de filtre RF.

Il existe une fréquence connue sous le nom de fréquence de coupure. Ceci est défini comme le point sur la réponse du filtre de Butterworth où la puissance chute de moitié, c'est-à-dire que la tension chute à 71%, soit 1 / √2 de son amplitude maximale aux fréquences inférieures. Il convient également de noter que l'amplitude maximale, c'est-à-dire la perte minimale pour la réponse du filtre de Butterworth, se produit à 0 Hz ou radians / s.

Lorsqu'elle est tracée sur des échelles logarithmiques, la réponse du filtre de Butterworth est plate dans sa bande passante, puis diminue avec un taux de décroissance linéaire ultime de -6 dB par octave (-20 dB par décennie). Un filtre de second ordre diminue à -12 dB par octave, etc. Le taux de décroissance ultime est en fait le même pour tous les filtres passe-bas et passe-haut du même ordre quel que soit le type de filtre.

Comparé à d'autres formes de filtres tels que les formats de filtre Chebyshev ou elliptique, le filtre Butterworth atteint son taux de décroissance ultime plus lentement. En fait, le filtre de Butterworth a été dérivé sur la base du fait que le comportement en dessous de la fréquence de coupure était plus important qu'à toute autre fréquence. Cela signifie que c'est bon pour les applications audio. Cependant, cela signifie qu'il a une réponse en amplitude assez bonne et une bonne réponse en phase, bien que les performances autour de la fréquence de coupure soient médiocres.

Réponse de phase du filtre Butterworth

Un autre avantage du filtre Butterworth est que les filtres Butterworth ont une réponse de phase plus linéaire dans la bande passante que des types tels que les filtres Chebyshev ou elliptiques, c'est-à-dire que le filtre Butterworth est capable de fournir de meilleures performances de retard de groupe, ainsi qu'un niveau inférieur. de dépassement.

Réponse impulsionnelle du filtre Butterworth

Le filtre de Butterworth peut également être jugé en fonction de sa réponse dans le domaine temporel, y compris sa réponse aux impulsions. Il a une réponse qui donne un niveau de dépassement croissant avec un ordre de filtre croissant. Pour un filtre du quatrième ordre, c'est-à-dire n = 4, le niveau de dépassement dépasse 11%.

Lors de l'analyse du format de filtre optimal, il est préférable d'analyser les différents avantages et inconvénients des différents types. Le Butterworth fournit une réponse de bande un plate et une réponse de phase plus linéaire que beaucoup d'autres.

Voir la vidéo: Butterworth Filters Explained (Octobre 2020).