شرح مفصل لمبدأ وعمل الفلاتر

فلتر هو جهاز يُستخدم لتصفية الموجات، وعادةً ما يحتوي على منفذين: واحد لإشارات الإدخال وواحد لإشارات الإخراج. كعنصر إلكتروني حاسم، ينقل الفلتر طاقة إمداد الطاقة إلى المعدات بينما يخفف بشكل كبير من إشارات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) المرسلة عبر إمداد الطاقة، مما يحمي المعدات. بالإضافة إلى ذلك، يتحكم بشكل فعال في إشارات EMI الناتجة عن المعدات نفسها، مما يمنعها من دخول الشبكة الكهربائية، وتلويث البيئة الكهرومغناطيسية، وإلحاق الضرر بالأجهزة الأخرى. إذن، كيف يعمل الفلتر، وما هي وظائفه؟ ستقدم هذه المقالة المبادئ ومفاهيم التصفية وتطبيقات الفلاتر.

تتكون الفلاتر بشكل أساسي من دوائر تصفية منخفضة التردد تتكون من محاثات ومكثفات. تسمح هذه الدوائر بمرور التيار للإشارات المفيدة بينما تخفف بشكل كبير من إشارات التداخل ذات الترددات العالية. نظرًا لأن إشارات التداخل يمكن أن تكون إما وضع تفاضلي أو وضع مشترك، يجب على الفلاتر تخفيف كلا النوعين. تشمل المبادئ الأساسية للتصفية ما يلي:

(1) استغلال خاصية المكثفات لتمرير الترددات العالية وحجب الترددات المنخفضة، يمكن توجيه تيارات التداخل عالية التردد على الأسلاك الحية والمحايدة إلى الأرض (الوضع المشترك) أو السلك الحي إلى السلك المحايد (الوضع التفاضلي).

(2) الاستفادة من خصائص المقاومة للملفات الحثية لعكس تيارات التداخل عالية التردد إلى مصدر التداخل.

(3) استخدام الفيريتات المثبطة للتداخل، التي يمكنها امتصاص وتحويل إشارات التداخل ضمن نطاقات تردد معينة إلى حرارة. يمكن وضع خرزات أو حلقات الفيريت المناسبة مباشرةً على الكابلات التي تتطلب تصفية بناءً على نطاق تردد إشارة التداخل.

التصفية هي مفهوم مهم في معالجة الإشارات. دور دائرة التصفية هو تقليل مكونات التيار المتردد (AC) في جهد التيار المباشر (DC) المتذبذب، مع الاحتفاظ بمكوناته DC، مما يقلل من معامل تموج جهد الخرج ويساهم في تنعيم الشكل الموجي.

بشكل عام، يمكن تقسيم التصفية إلى التصفية الكلاسيكية والتصفية الحديثة.

التصفية الكلاسيكية هي مفهوم هندسي يعتمد على تحليل فورييه والتحويلات. وفقًا للنظرية الرياضية المتقدمة، يمكن اعتبار أي إشارة تلبي شروطًا معينة كتركيب فوقي لعدد لا نهائي من موجات الجيب. بعبارة أخرى، فإن الإشارات الهندسية هي تركيبات خطية لموجات الجيب بترددات مختلفة. تُسمى موجات الجيب بترددات مختلفة التي تشكل الإشارة مكوناتها الترددية أو مكونات الهارمونيك. الدائرة التي تسمح بمرور مكونات الإشارة فقط ضمن نطاق تردد معين بينما تمنع الآخرين تُسمى فلتر كلاسيكي أو دائرة تصفية.

في كل من التصفية الكلاسيكية والحديثة، فإن نماذج الفلتر هي في الأساس متشابهة (لم تشهد الفلاتر المعتمدة على الأجهزة تقدمًا كبيرًا). ومع ذلك، فإن التصفية الحديثة تتضمن العديد من المفاهيم من التصفية الرقمية.

(1) فصل الإشارات المفيدة عن الضوضاء لتحسين قدرة الإشارة على مقاومة التداخل ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.

(2) تصفية المكونات الترددية غير المثيرة للاهتمام لتعزيز دقة التحليل.

(3) عزل مكون تردد واحد من مكونات التردد المعقدة.

تُستخدم الفلاتر لتحسين جودة الطاقة، خطية الدائرة، تقليل أنواع مختلفة من الفوضى، تداخل التشويه غير الخطي، وتداخل التوافقيات. بالنسبة لأنظمة الأسلحة، يتم تطبيق الفلاتر في السيناريوهات التالية:

(1) بالإضافة إلى تثبيت فلاتر الطاقة على نظام توزيع الطاقة الرئيسي وأنظمة التوزيع الفرعية، يجب تثبيت فلاتر على مصدر الطاقة الذي يدخل جميع المعدات. من الأفضل استخدام فلاتر خط إلى خط بدلاً من فلاتر خط إلى أرض.

(2) بالنسبة للمعدات الحساسة لتداخل النبضات والتداخل العابر، عند استخدام محول عزل لمصدر الطاقة، يجب إضافة فلتر عند الطرف السالب.

(3) عند تزويد أنظمة الأسلحة بالطاقة التي تحتوي على أجهزة تفجير كهربائية، يجب تركيب فلاتر. إذا لزم الأمر، يجب أيضًا إضافة فلاتر إلى أسلاك الأجهزة التفجيرية الكهربائية.

(4) يجب وضع الفلاتر عند الواجهات بين الأنظمة الفرعية المختلفة أو المعدات لقمع التداخل وضمان التوافق.

(5) يجب أن تحتوي إشارات التحكم للمعدات والأنظمة الفرعية على فلاتر أو مكثفات تجاوز مضافة في كلا الطرفين المدخل والمخرج.

تُلخّص هذه المقالة المبادئ ومفاهيم التصفية والمعلمات والوظائف واعتبارات التطبيق للفلاتر. مع توفر مجموعة واسعة من الفلاتر، كل منها يتمتع بخصائص أداء مختلفة، يتطلب اختيار الفلتر المناسب اعتبارًا شاملاً لبيئة التشغيل الفعلية ومتطلبات الأداء الخاصة بالعميل من أجل اتخاذ خيار صحيح وفعال وموثوق.