ВЫСОКОИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПОЛОСОВОЙ РЕЗОНАНСНЫЙ КОНТУР

Предлагаемая полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в различных селективных узлах радиоэлектронных устройств.
Известен полосовой высокоизбирательный LC-фильтр (см. RU №2372711, H03H 7/00, 09.07.2008). Он содержит кроме трех колебательных контуров дополнительно три конденсатора, что позволило увеличить затухание фильтра в полосе задерживания.
Такой фильтр обладает следующим недостатком: он не учитывает форму сигнала в полосе пропускания, что приводит к искажению формы выходного сигнала.
0
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа полосовой фильтр Чебышева, реализованный в виде двух последовательных контуров в продольных ветвях и параллельного колебательного контура в поперечной ветви, настроенных на частоту несущей гармоники ω (см. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М. Высшая школа, 2005, с.346-347).
Известное устройство обладает следующим недостатком: фазовые характеристики полиномиальных фильтров типа Чебышева близки к линейным лишь в нижней части полосы пропускания. С дальнейшим ростом частоты увеличивается крутизна фазовых характеристик фильтров (групповое время прохождения), значения которой достигают наибольшей величины вблизи граничной частоты полосы пропускания, а затем резко убывают.
Технической задачей заявляемого устройства является получение сигнала на выходе устройства в виде масштабной копии входного сигнала.
Поставленная задача решается тем, что высокоизбирательный полосовой резонансный контур, содержащий первую и вторую индуктивности, первый и второй конденсатор: первый вывод первой индуктивности соединен с входной потенциальной клеммой устройства, первый вывод второй индуктивности соединен со вторым выводом первой индуктивности, с первым выводом первого конденсатора и с первым выводом нагрузочного сопротивления, второй вывод второй индуктивности соединен с первым выводом второго конденсатора, вторые выводы первого конденсатора, второго конденсатора и нагрузочного резистора соединены с общей шиной устройства, согласно полезной модели первый конденсатор резонансного контура является элементом запоминающим начальное значение напряжения и образует с параллельно соединенными цепочкой из последовательно включенных второй индуктивности и второго конденсатора емкостную ветвь, которая вместе с первой индуктивностью и нагрузочным сопротивлением представляет интегрирующее устройство с заданным временем интегрирования.
Отличительными признаками полезной модели являются: выполнение заявляемого устройства из первой индуктивности, соединенной последовательно с параллельно включенными первым конденсатором, резонансной цепочкой, выполненной из второй индуктивности и второго конденсатора и резистивной нагрузки.
Реактивные элементы заявляемого резонансного контура (фильтра) настроены в резонанс на частоту несущей гармоники, тем самым фильтр наилучшим образом выделяет полезный сигнал. Резонансная цепочка настроена в резонанс на частоту кратную двум частоте несущей гармоники. Первый конденсатор является элементом запоминающим начальное значение напряжения.
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно представляет колебательный контур, настроенный на несущую частоту, индуктивная ветвь которого содержит первую индуктивность, первый конец которой соединен с потенциальной клеммой устройства, второй конец соединен с емкостной ветвью, образованной первым конденсатором, первый конец которого соединен со вторым концом первой индуктивности, второй индуктивностью, первый конец которой соединен с первым концом первого конденсатора, второго конденсатора, первый конец которого соединен со вторым концом второй индуктивности, образуя последовательный контур, настроенный на удвоенную частоту несущей гармоники. Второй конец второго конденсатора и второй конец первого конденсатора соединены с общей шиной устройства, к емкостной ветви присоединяется сопротивление нагрузки, первый конец которого соединен с первым концом первого конденсатора, второй конец с общей шиной устройства.
При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками,
На фиг.1 приведена электрическая схема предложенного устройства, на фиг.2 - временные диаграммы.
Заявляемый высокоизбирательный полосовой резонансный контур (ВПРК) содержит потенциальную клемму 1 устройства, которая соединена с первым выводом первой индуктивности 2, второй вывод которой соединен с первыми выводами параллельно соединенных - последовательного резонансного контура, выполненного из второй индуктивности 3 и второго конденсатора 4, первого конденсатора 5 и резистивной нагрузки 6, вторые выводы этих ветвей соединены с общей шиной 7 устройства.
вх
0
0
1
4
2
3
0
2
3
4
н
4
0
Заявляемое устройство работает следующим образом. Входной сигнал u(t) проходит через устройство, которое интегрирует этот сигнал последовательно на отрезках времени Δ=T (от момента времени t-T до t), выполненное из элементов: L, C; L и C, которые образуют последовательный резонансный контур, настроенный на несущую частоту ω, к емкостной ветви резонансного контура, образованного из элементов L, C, C, подсоединено сопротивление нагрузки R, сигнал на выходе устройства запоминается первым конденсатором C, и на следующем интервале Δ, устройство производит очередное интегрирование и т.д., т.е. предлагаемое устройство интегрирует входной сигнал, представляемый в виде суммы некоторых элементарных сигналов, возникающих в последовательные моменты времени с интервалом Δ=T.
0
Для получения схемного решения, позволяющего проводить интегрирование на заданном интервале времени Δ=T, необходима электрическая цепь, настроенная на частоту несущей гармоники и интегрирующая на этом малом промежутке времени.
вх
вых
Рассмотрим интегратор, осуществляющий преобразование входного сигнала u(t) в выходной сигнал u(t) по следующему закону
0
Определенный интеграл, входящий в уравнение, равен очевидно, разности двух значений первообразной сигнала, одно из которых вычисляется при аргументе t, а другое - при аргументе t-T. Используя соотношения для спектральной плотности сигнала, смещенного во времени  и учитывая что спектр первообразной
получаем формулу связи между спектральными плоскостями сигналов на входе и выходе
Функция передачи по напряжению рассматриваемого интегрирующего устройства
Чтобы получить интегрирующее устройство с функцией передачи (4) воспользуемся хорошо разработанным методом синтеза линейных электрических цепей во временной области (см. Матханов П.Н. Основы синтеза линейных электрических цепей. - М. Высшая школа, 1976.).
вхm
0
При нормированной амплитуде входного сигнала U=1 и приняв T=π, получим
При s=jω
Нулями функции передачи (6) являются нули синуса, лежащие на оси ω
j
j
(ωπ/2)=±jπ, ω=±2k (k=0, 1, 2, …).
Напишем числитель аппроксимирующей дроби
Нулями вещественной и мнимой частей знаменателя являются нули косинуса и синуса
k
k
ω=(2k+1), ω=±2k (k=0, 1, 2, …).
Запишем четную и нечетную части знаменателя дроби (6)
Учтя конечное число гиперболических функций получаем функцию передачи интегрирующего устройства n-го порядка
1
2
Коэффициенты A и A найдем из условия приравнивания H(s) и G(s) при s=0, s=j:
отсюда
;
При n=1, получим цепь четвертого порядка
21
22
21
Функцию передачи реализуем в виде реактивного четырехполюсника по двум элементам матрицы проводимостей Y и Y. Из условия обеспечения нечетности параметра Y, получаем
;
21
∞
22
Проводимость передачи - Y имеет нуль при s―. Проводимость Y имеет избыточные полюса s=±j2.
22
Реализацию начинаем с выделения из Y избыточного полюса, соответствующего проводимости
,
2
3
H
Эта проводимость реализуется ветвью из последовательной резонансной цепочки с индуктивностью 3 L=0,943 и емкостью 4 C=0,265, соединяемой параллельно резистору 6 R=1.
Остающаяся проводимость
,
4
реализуется индуктивностью 2 L1=1,571 и емкостью 5 C=0,283. Полученная схема показана на фиг.1.
н
0
Пересчет параметров на заданное выходное сопротивление R≠1 и несущую частоту ω (денормировка) производится по соотношениям
; ,
н
н
н
где L, С, R - нормированные параметры фильтра.
0
0
Параметры элементов ВПРК обеспечивают получение выходного сигнала в виде интеграла от действующего на входе устройства сигнала на отрезках времени Δ=T, т.о. предлагаемое устройство интегрирует входной сигнал, представляемый в виде суммы элементарных сигналов, возникающих в последовательные моменты времени с интервалом Δ=T.
На фиг.1 представлена электрическая схема ВПРК, на фиг.2 - временные диаграммы амплитудно-модулированного входного и выходного сигналов), где
0
0
напряжение на входе резонансного контура с несущей частотой ω=1, здесь выбрано ω=8Ω, где Ω - частота модулирующего сигнала, незначительное превышение несущей частоты над частотой модулирующего сигнала придает наглядность, выполняемым действиям ВПРК;
вых
u(t) - диаграмма выходного напряжения, показывает, что сигнал на выходе ВПФ, повторяет форму входного сигнала.
0
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать на выходе сигнал в виде копии входного сигнала с масштабным коэффициентом 1/π, причем при ω>>Ω, точность воспроизведения увеличивается.