ПОЛОСОВОЙ LС-ФИЛЬТР С КОМПЕНСАЦИЕЙ ОТРАЖЕНИЙ В ПОЛОСЕ ЗАДЕРЖИВАНИЯ
BAND-PASS LC FILTER WITH REFLECTION COMPENSATION IN STOP-BAND

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве входных селектирующих цепей профессиональных радиоприемных устройств.
В радиоприемных устройствах магистральной радиосвязи в качестве входных цепей используются различные типы полосовых LC-фильтров, задачей которых является обеспечение предварительной селекции принимаемых сигналов, обеспечение согласования с антенной при максимально возможном коэффициенте передачи в полосе пропускания фильтра.
Одним из вариантов реализации полосовой входной цепи является полосовой фильтр, состоящий из нескольких звеньев, каждое из которых содержит первую катушку индуктивности, первый вывод которой является входом звена, второй ее вывод подключен к первому конденсатору, второй вывод которого соединен со вторым и третьим конденсаторами, второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй катушкой индуктивности, при этом второй вывод второй катушки индуктивности является выходом звена [1]. Данный фильтр является наиболее близким аналогом к предлагаемому решению и выбран в качестве прототипа. Он содержит минимально возможное число катушек индуктивности, что позволяет реализовать максимальный коэффициент передачи входного устройства. Необходимое затухание в полосе задерживания обеспечивается соответствующим выбором числа звеньев.
Недостаткам фильтра-прототипа является то, что его входное сопротивление в полосах задерживания является реактивным и не обеспечивает согласования с активной нагрузкой источника сигнала, которое обеспечивало бы сколь-либо приемлемый коэффициент стоячей волны.
Задачей изобретения является улучшение коэффициента стоячей волны на входе полосовой цепи в полосах задерживания.
Поставленная задача решается тем, что в полосовой фильтр, содержащий несколько каскадно включенных, идентичных по структуре звеньев, каждое из которых имеет первую катушку индуктивности, первый вывод которой является входом звена, второй ее вывод подключен к первому конденсатору, второй вывод которого соединен со вторым и третьим конденсаторами, при этом второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй катушкой индуктивности, второй вывод которой является выходом данного звена, дополнительно вводятся четвертый конденсатор, третья катушка индуктивности, первый и второй резисторы, при этом к первому выводу первой катушки индуктивности первого звена подключены четвертый конденсатор и третья катушка индуктивности, причем второй вывод четвертого конденсатора через первый резистор соединен с общей шиной, а второй вывод третьей катушки индуктивности через второй резистор соединен с общей шиной.
Сопоставительный анализ показывает, что заявленное решение отличается от прототипа тем, что к первому выводу первой катушки индуктивности первого звена подключены четвертый конденсатор и третья катушка индуктивности, причем второй вывод четвертого конденсатора через первый резистор соединен с общей шиной, а второй вывод третьей катушки индуктивности через второй резистор соединен с общей шиной.
При сравнении заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, известными в науке и технике, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фиг.1 представлена электрическая схема заявленного устройства. Фильтр содержит несколько одинаковых по структуре звеньев полосового фильтра 1, каждое из звеньев содержит первую катушку индуктивности 2, подключенную к первому конденсатору 3, второй вывод которого соединен со вторым 4 и третьим 5 конденсаторами, второй вывод третьего конденсатора соединен со второй катушкой индуктивности 6. Кроме того, в схему фильтра введены четвертый конденсатор 7 и третья катушка индуктивности 8, первые выводы которых подключены к первому выводу первой катушки индуктивности. Второй вывод четвертого конденсатора 7 через первый резистор 9 соединен с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности 8 через второй резистор 10 соединен с общей шиной.
Устройство работает следующим образом.
1
2
1
2
Полосовой фильтр 1 формирует амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) устройства и имеет характеристическое сопротивление второго класса, частотная зависимость которого представлена на фиг.2. В полосе частот от ω до ω его характеристическое сопротивление является активным, в полосе частот от нуля до ω - емкостным, на частотах от ω и выше - индуктивным. При увеличении отстройки от краев полосы пропускания модуль входного сопротивления фильтра возрастает.
1
1
Цепь, состоящая из конденсатора 7, емкость которого обозначим через C, и резистора 9 величиной R будет шунтировать входное сопротивление исходного фильтра. При этом проводимость этой цепи равна
<mrow><msub><mi>Y</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>j</mi><mi>ω</mi><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>j</mi><mi>ω</mi><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>j</mi><mi>ω</mi><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><msubsup><mi>R</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mtext>                                                     </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
Реальную часть проводимости Y и ее модуль можно представить в виде
<mrow><mi>Re</mi><msub><mi>Y</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>Q</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msubsup><mi>Q</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mtext>                                                                      </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>Y</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Q</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msubsup><mi>Q</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
, где
1
1
1
Q=ωCR - приведенная добротность цепи.
1
1
1
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>Y</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
ReY и
изменяются от нуля до величины
с ростом частоты. На частотах, когда Q>1, входное сопротивление фильтра шунтируется этой цепью и приближается к величине R.
2
2
Вторая цепь, состоящая из индуктивности 9 величиной L и резистора 10, величина которого равна R, также шунтирует входное сопротивление фильтра. 1. Проводимость этой цепи определяется выражением
<mrow><msub><mi>Y</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mi>j</mi><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msubsup><mi>R</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msup><mi>ω</mi><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>L</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>Re</mi><msub><mi>Y</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msubsup><mi>Q</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mtext>                                                                              </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>Y</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msubsup><mi>Q</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>Q</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
, где
.
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>Y</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo><</mo><mn>1</mn></mrow>
2
2
Величины
и ReY с изменением частоты от нуля до бесконечности уменьшаются от величины, равной
до нуля. На частотах, когда
, сопротивление этой цепи приближается к R а затем по мере увеличения частоты возрастает.
1
2
н
1
2
Таким образом, совместное влияние этих двух цепей при соответствующем выборе их параметров (например, при R=R=R и Q=Q≈0,5÷1,0 на средней частоте фильтра) приводит к выравниванию входного сопротивления фильтра в полосах задерживания. Входное сопротивление фильтра может быть приближено на этих частотах к сопротивлению источника сигнала, энергия источника выделяется на резисторах 9 и 10. Это позволяет сравнительно простым способом улучшить коэффициент стоячей волны.
На фиг.3 приведена АЧХ полосового фильтра на частоту 40 МГц с полосой пропускания 15 МГц, схема которого с включением корректирующих цепей показана на фиг.4. Коэффициент стоячей волны (КСВ) в полосе пропускания фильтра равен 1,5÷1,6, в полосах задерживания он составляет 1,8÷1,9. На краях полосы пропускания КСВ равен 3,1. Вносимое затухание в полосе пропускания 2,9 дБ при добротности катушек индуктивности 100 ед.
Источник информации
Н.Е.Плешков, A.M.Зингеренко, B.C.Лавриш, В.Ф.Климович, Б.К.Изаксон. Техника дальней связи. -Л.:ВКАС, 1951, стр.220, рис.181.