МНОГОКАНАЛЬНЫЙ БЛОК ФИЛЬТРАЦИИ
MULTICHANNEL FILTRATION UNIT

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора в профессиональных радиоприемных устройствах.
В технике магистральной радиосвязи при реализации преселекторов часто применяют дифференциальную систему, которая состоит из дифференциального трансформатора, балансного резистора, подключенного к среднему выводу вторичной дифференциальной обмотки, и двух групп полосовых фильтров, подключенных к дифференциальной обмотке, выходы фильтров являются выходами преселекторов [1].
Такое устройство обеспечивает одновременную обработку сигналов по каждому из нескольких каналов и высокий уровень развязки между фильтрами первой и второй групп. Это устройство является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и выбрано в качестве прототипа.
Недостатком устройства-прототипа является то, что затухание, вносимое дифференциальной системой в полосах пропускания каждого из фильтров, может достичь в реальных условиях 5÷6 дБ и более.
Задача изобретения - уменьшение рабочего затухания в полосах пропускания преселектора.
Поставленная задача решается тем, что в известную схему многоканального блока фильтрации, содержащего дифференциальный трансформатор, первичная обмотка которого имеет два вывода, вторичная дифференциальная обмотка имеет три вывода, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа, состоящая из N полосовых фильтров, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа, состоящая из М полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров первой и второй групп являются выходами блока фильтрации, дополнительно введены первый, второй и третий конденсаторы, при этом к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого соединен с общей шиной.
Сопоставительный анализ показывает, что заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первый, второй и третий конденсаторы, при этом к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого 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 чертеже приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Блок фильтрации состоит из дифференциального трансформатора 1, к первичной обмотке которого подключены первый 2 и второй 3 конденсаторы, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа полосовых фильтров 4, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа полосовых фильтров  5, ко второму выводу дифференциальной обмотки подключен третий конденсатор 6, второй вывод которого соединен с общей шиной. Второй вывод первого конденсатора подключен к входной потенциальной клемме устройства, а второй вывод второго конденсатора и второй вывод обмотки связи соединены с общей шиной, выходы полосовых фильтров являются независимыми выходами блока фильтрации.
Устройство работает следующим образом.
0
2
В работе [1] рассмотрена дифференциальная система, работающая в режиме, когда балансное сопротивление R равно сопротивлению источника сигнала R. При условии, что все обмотки дифференциального трансформатора имеют одинаковое число витков, входное сопротивление системы со стороны подключения фильтров первой группы Z будет определяться соотношением
<mrow><msub><mi>Z</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><mi>R</mi><mo>+</mo><mi>R</mi><msub><mi>Z</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>Z</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><mi>R</mi><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> где                          (1)</mtext></mrow>
3
0
Z - входное сопротивление системы со стороны включения фильтров второй группы, R - балансное сопротивлении, R - сопротивление источника сигнала.
2
3
2
3
Такой режим работы системы обеспечивает независимость сопротивления Z и Z друг от друга, для согласования подключенных к выходу системы полосовых фильтров они должны иметь входные сопротивления, близкие к удвоенному сопротивлению источника сигнала (Z=Z=2R). Рабочее затухание, которое вносит дифференциальная система при условии, что трансформатор является идеальным, составляет 3 дБ.
2
3
0
0
В предъявленном устройстве используется режим работы дифференциальной системы, когда сопротивление Z=4R, Z=jωL  является индуктивным. Балансное сопротивление R в соответствии с формулой (1) получим равным
<mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mi>R</mi><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>R</mi><mo>+</mo><mi>j</mi><mn>3</mn><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mi>j</mi><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>3</mn><mi>R</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mi>j</mi><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mtext>                                  </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mn>4</mn><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
Как следует из (2), балансное сопротивление реализуется последовательным соединением резистора 3R и емкости, численно равной
.
2
Можно показать, что модуль передаточной функции (по э.д.с.) в направлении от источника сигнала к первому выходу системы, нагруженной на сопротивление Z=4R, будет определяться выражением
<mrow><mrow><mo>|</mo><mi>T</mi><mo>|</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mn>64</mn><mo>+</mo><mn>20</mn><mi>Q</mi><mo>+</mo><msup><mi>Q</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>4</mn><mo>+</mo><msup><mi>Q</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> где                      (3)</mtext></mrow>
<mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><mi>ω</mi><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>R</mi></mfrac></mrow>
0
- приведенная добротность индуктивности L.
<mrow><mrow><mo>|</mo><mi>T</mi><mo>|</mo></mrow><mo>≥</mo><mn>0,92</mn></mrow>
р
Если Q≤1, то
, а рабочее затухание а≤0,7 дБ.
В реальной схеме блока фильтрации, когда входное сопротивление фильтров второй группы является индуктивным на частотах полос пропускания фильтров первой группы можно получить рабочее затухание, вносимое дифференциальной системой на этих частотах, меньше 3 дБ. Если фильтры 1-й и 2-й групп имеют характеристическое сопротивление, у которых оно носит индуктивный характер в полосе задерживания, использование этого режима работы позволяет улучшить коэффициент передачи фильтров обоих групп в их полосах пропускания.
0
0
Отметим также, что при моделировании преселектора, работающего в этом режиме, активная часть балансного сопротивления оказывала незначительное влияние на параметры преселектора, поскольку емкостная составляющая в цепи R превалирует над активной, и резистор, равный 3 R, может быть исключен. Кроме того, усредненная величина ωL в реальных схемах меньше 0,5 R, и, следовательно, Q≤0,5.
В предложенном устройстве введено также дополнительное полузвено полосового фильтра, состоящее из первого 2 и второго 3 конденсаторов и катушки индуктивности, включенной параллельно второму конденсатору. Полосовое полузвено рассчитано так, что его полоса пропускания значительно превышает рабочую полосу частот преселектора. Катушка индуктивности этого фильтра, подключенная к идеальному дифференциальному трансформатору, шунтирует его и позволяет применить дифференциальный трансформатор с более удобными для практики параметрами.
При экспериментальной проверке работы предложенного устройства было установлено, что в диапазоне частот 30÷80 МГц возможно получить фильтры, рабочее затухание которых в полосах пропускания не превышает 1,5÷2 дБ при добротности трансформатора и катушек индуктивности входящих в состав полосовых фильтров 100÷150 ед., при этом затухание в полосах задерживания уменьшается по сравнению с затуханием этих фильтров, работающих вне этой системы.
Источник информации
1. Плешков Н.Г., Зингеренко A.M., Лавриш B.C., Климович В.Ф., Изаксон Б.К. Техника дальней связи. Изд. ВКАС, Ленинград, 1951, стр.101-105, 277-279.