Introducción al diseño de filtros pasivos de RF

El primer tema del curso gira en torno a los conceptos básicos de un filtro. Vamos a construir los conocimientos necesarios para el diseño de filtros desde la base, empezando por entender qué es un filtro. Un filtro es un dispositivo que permite la transferencia o atenuación de las señales en función de su frecuencia, es decir, es un discriminador de frecuencias. Por ejemplo, en un sistema con una señal de entrada que es la suma de diferentes señales con diferentes frecuencias, podemos utilizar un filtro paso banda para eliminar las señales de frecuencia baja y alta y dejar pasar solo la señal de frecuencia intermedia. El comportamiento del filtro está caracterizado por una función matemática llamada función de transferencia, que se obtiene al dividir la señal de salida del sistema y la señal de entrada del sistema. Los polos y ceros del sistema se determinan a partir de las raíces del polinomio en el numerador y denominador de la función de transferencia. El curso también abordará cómo se caracteriza la respuesta de un filtro, tanto en filtros digitales como en filtros analógicos.

- ¿Qué es un filtro?

- ¿Qué es la función de transferencia de un filtro?

- ¿Cómo se representa un filtro y que parámetros muestran dicha respuesta?

- ¿Qué son los polos y ceros de un filtro y para que sirve?

- ¿Qué es el diagrama de bode?

En esta clase, exploraremos los diferentes parámetros que debemos tener en cuenta al diseñar un filtro. Aprenderemos sobre la frecuencia de corte, las bandas de paso, transición y rechazo, así como el parámetro de rizado y las pérdidas de inserción y retorno. También discutiremos la importancia de la impedancia de entrada y salida, el orden del filtro y los retrasos de fase y grupo. Descubriremos cómo cada uno de estos parámetros afecta la respuesta del filtro y cómo se relacionan entre sí.

En este breve video se explican los tipos de filtros en función de su discriminación en frecuencia:

• Paso Bajo

• Paso Alto

• Paso Banda

• Paso Banda Eliminada

Este video describirá los tipos de filtro segun su función de transferencia. Estos filtros tienen ciertas características en función de la función de transferencia que tenga, diferenciando si tienen rizado o no, el rechazo en la banda de transición, la planitud o lo selectivo que sean.

Entre los distintos filtros hablaremos de:

• Filtro de Butterworth

• Filtro de Chebyshev

• Filtro Elíptico

• Filtro de Bessel

• Filtro de Chebyshev inverso

Todo lo visto hasta ahora tiene una base teórica mínima necesaria para abordar el diseño real de un filtro. El ultimo punto es aborda ya un enfoque más practico, que es la elección de la tecnología en la que vamos a diseñar el filtro.

La elección de la tecnología va mucho mas allá de cual es el mejor filtro, si no que tiene otra serie de requisitos acorde a la aplicación que se va a diseñar.

En este video explicamos las tecnologías en las que se realizan diseños de filtros en alta frecuencia:

• Filtros Digitales

• Filtros Analógicos LC

• Filtros Analógicos basados en cavidades resonantes

En este curso vemos uno de los muchos procedimientos teóricos que existen para el diseño de filtros LC. El objetivo de esta clase es entender las bases que hay detrás de uno de los procedimientos teóricos más utilizado para el diseño de filtros sencillos.

Es importante entender que el diseño de cada filtro es diferente, y requiere de un estudio y procedimiento que varía, por lo que en esta clase se entiende el procedimiento común a todos ellos.

También se enseña una herramienta útil que aplica de forma automática toda la teoría explicada, lo cual nos simplifica el proceso.

En esta clase se aborda el estudio de diseño de filtros mediante el método de la transformación de la siguiente manera:

- Manejo de las especificaciones de filtro paso bajo preliminar para el diseño de cualquier filtro

- Elección de la topología de filtro paso bajo preliminar

- Extracción de coeficientes y desnormalización en frecuencia e impedancia

- Transformacion de paso bajo a otras respuesta de filtro en función de nuestro interes.

En esta clase se evalúa una de las muchas herramientas que existen para el diseño de filtros LC de manera rápida y gratuita. Se hace un pequeño repaso por la herramienta y se invita al alumno a utilizarla para ver todas las opciones de las que dispone:

https://rf-tools.com/lc-filter/

En este curso se aplican los diseños aprendidos para ver como es el procedimiento teórico para el diseño de filtros de cavidades resonantes. Es importante señalar que el diseño de filtros de cavidades no es tan sencillo como el de los filtros LC ya que no existe un metodolo analítico precioso para llegar a un filtro final funcional. Esto significa que es necesario realizar simulaciones electromagnéticas que sirvan como método de estudio analítico.