Bandpass

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Als Bandpass (auch Bandbreitenfilter) wird ein Filter bezeichnet, das in einem Signalweg nur die Signale eines bestimmten Frequenzbandes durchlässt und die restlichen Frequenzbereiche sperrt bzw. deutlich abschwächt; im Gegensatz zum Bandsperre. Je nach Filter handelt es sich dabei um optische, akustische oder vor allem elektrische Signale. Elektrische Bandpassfilter mit frei wählbaren Grenzfrequenzen sind meistens aus einer Kombination von Hochpass und Tiefpass (in Π- oder T-Schaltung) aufgebaut. Es gibt Bandpässe 2., 3. und 4. Ordnung mit Flanken von 12 dB, 18 dB und 24 dB pro Oktave.

Bild:Bandpass.PNG

Bild 1: Schema eines LC-Bandpasses

Ein spezieller, schmalbandiger elektrischer Bandpass ist das Bandfilter, das sich zur Kanaltrennung im Zwischenfrequenz-Verstärker von Überlagerungsempfängern befindet.

Inhaltsverzeichnis

1 Mathematische Beschreibung
2 Anwendungsbereiche
- 2.1 Elektronik
  - 2.1.1 Niederfrequenz
  - 2.1.2 Hochfrequenz
3 Optik
4 Siehe auch
5 Weblinks

[bearbeiten] Mathematische Beschreibung

Bild:Bandwidth.svg

Der Abstand f₂ bis f₁ heißt Bandbreite

Bestimmt wird ein Bandpass durch die Durchlass-Bandbreite, die Band-Mittenfrequenz und die Flankensteilheit.

Bandbreite B = f₂ − f₁.

Hierbei ist f₁ die untere Grenzfrequenz und f₂ die obere.
Mit f₀ wird die Band-Mittenfrequenz bezeichnet; sie ist definiert als die Wurzel des Produkts von f₁ und f₂ (geometrisches Mittel).

[bearbeiten] Anwendungsbereiche

[bearbeiten] Elektronik

[bearbeiten] Niederfrequenz

Ein Bandpass wird oft aus einer Kombination von Hochpass und Tiefpass zusammengesetzt, diese werden aus Schaltungen von Kondensatoren, Widerständen und Spulen gebildet.

Die Filterwirkung eines Bandpassfilters im Niederfrequenzbereich kann mit Begriffen der Tontechnik beschrieben werden: Höhensperre (engl. treble cut) und Tiefensperre (Bassfilter oder Rumpelfilter, engl. low cut) ergeben zusammen einen Bandpass für den wichtigsten Hörbereich, der zum Beispiel bei Sprachwiedergabe schmalbandiger sein kann als bei anspruchsvoller Musik.

Für besonders steile Bandgrenzen werden aktive Filter oder digitale Filter eingesetzt.

Auch derjenige Teil einer Lautsprecherweiche für das Mitteltonchassis ist ein Bandpass.

[bearbeiten] Hochfrequenz

Bei der Realisierung von Bandpässen spielt hier das Phänomen der Resonanz eine wesentliche Rolle.

Man nutzt dabei das Frequenzverhalten von Schwingkreisen aus, die bei ihrer Resonanzfrequenz hochohmig (Parallelschwingkreis) bzw. niederohmig (Serienschwingkreis) werden. Ein einzelner (Parallel-)Schwingkreis stellt je nach seiner Güte einen eher schmalen Bandpass dar. Wenn man zwei oder mehr Schwingkreise zusammenschaltet (gilt genauso für die induktive Kopplung weiter unten), kann man durch geeignete Wahl von (kleinen) Differenzen der einzelnen Resonanzfrequenzen bewirken, dass die Gesamtanordnung einen definierten, breiteren Frequenzbereich durchlässt. Das Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau.

Der linke und der rechte Kreis (Parallelschwingkreise) werden im jeweiligen Frequenzbereich hochohmig, während der obere Kreis (Serienschwingkreis) niederohmig wird. Die Schaltung lässt also ein schmales Frequenzband passieren. Außerhalb des Bandes werden die beiden Parallelschwingkreise niederohmig und schließen so die unerwünschten Frequenzen kurz, während der Serienschwingkreis hochohmig wird und diese Frequenzen nicht durchlässt.

Zu den Bandpassfilter zählen auch die Terzfilter und Oktavfilter, die einen bestimmten Frequenzbereich durchlassen und genormte Übertragungsfunktionen mit sehr steilen Flanken besitzen. In der Norm wird zwischen bestimmten Güteklassen für diese Filter unterschieden.

Bild:BandpassSpulen.png

Bild 2: Bandfilter alter Bauweise aus zwei magnetisch gekoppelten Schwingkreisen

Nach dem Superhet-Prinzip arbeitende Radio- und Fernsehempfänger verwenden als Bandfilter bezeichnete Bandpassfilter zur Frequenzselektion auf Zwischenfrequenzebene. Diese Bandfilter bestanden früher aus zwei lose gekoppelten (induktive Kopplung oder Fußpunktkopplung) Schwingkreisen in einem gemeinsamen Abschirmgehäuse. Man schaltete mehrere solcher Bandfilter, jeweils mit einer Verstärkerstufe versehen, hintereinander, um die nötige Trennschärfe zu erreichen.
Die beiden Schwingkreise eines Bandfilters gehorchen den physikalischen Gesetzen gekoppelter Schwinger. Dementsprechend gibt es auch hier unterkritische und überkritische Kopplung. Zur Realisierung einer nahezu rechteckigen Duchlasskurve sind die Schwingkreise leicht überkritisch gekoppelt. Es ergibt sich eine hutförmige Übertragungsfunktion.

Heute verwendet man als ZF-Filter Keramikschwinger (LW, MW, UKW) oder AOW-Filter (Fernsehempfänger, Funkgeräte, Mobiltelefone).

Im UHF-Bereich können Bandpässe auch aus Leitungskreisen bestehen.

Im Mikrowellenbereich bestehen Bandpässe oft ebenfalls aus Leitungskreisen (Streifenleiter) oder auch aus Löchern und Schlitzen in beziehungsweise zwischen Hohlleitern.

[bearbeiten] Optik

Bandpässe für optische Wellenlängen sind Farbfilter. Sie bestehen häufig aus Interferenzfiltern und können sehr schmalbandig erzeugen. Ein weiterer verstellbarer, schmalbandiger optischer Bandpass ist der Monochromator.

Auch die sogenannten Bayer-Filter, die vor jedem Pixel eines Farb-Bildsensors die entsprechende Grundfarbe (Rot, Grün, Blau) passieren lassen, sind Interferenzfilter.