ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Предлагаемая полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована в профессиональных радиоприемных устройствах (РПУ) для частотного разделения сигналов.
Во входных цепях РПУ частое применение находят полосовые цепи, которые могут выполняться с применением фильтров верхних и нижних частот.Фильтры верхних частот могут выполнять вспомогательную роль в общей системе селекции, или применяться как отдельный функциональный элемент. В качестве фильтра верхних частот может быть использована известная схема двухзвенного фильтра верхних частот, содержащая первый конденсатор, соединенный с первой катушкой индуктивности и вторым конденсатором, второй вывод которого соединен со второй катушкой индуктивности и третьим конденсатором, второй вывод которого является выходом ФВЧ, при этом вторые выводы катушек индуктивности соединены с общей шиной. Этот фильтр прост в изготовлении, содержит минимальное число катушек индуктивности и выбран нами в качестве прототипа [1].
Недостатком прототипа является то, что при наличии отдельных мощных сосредоточенных помех обработка принимаемых сигналов ухудшается и может быть вообще не возможной.
Задачей полезной модели является улучшение помехозащищенности устройств селекции, использующих фильтры верхних частот.
Поставленная задача решается тем, что в фильтр содержащий фильтр верхних частот, в который входит первый конденсатор, подключенный к входной потенциальной клемме устройства, второй вывод первого конденсатора соединен с первой катушкой индуктивности и вторым конденсатором, второй вывод которого соединен со второй катушкой индуктивности и третьим конденсатором, второй вывод которого подключен к выходной потенциальной клемме устройства, при этом вторые выводы первой и второй катушек индуктивности соединены с общей шиной, дополнительно введены первый и второй полосовые фильтры, каждый из которых содержит третью катушку индуктивности, подключенную ко входу полосового фильтра, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с четвертой и пятой катушками индуктивности, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с первым выводом емкостного элемента и шестой катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первыми выводами седьмой и восьмой катушек индуктивности, второй вывод седьмой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод восьмой катушки индуктивности подключен к резистору, второй вывод которого соединен с общей шиной, емкостной элемент выполнен в виде двух групп варикапов, первая группа, состоящая из нескольких параллельно включенных варикапов подключена ко второму выводу пятой катушки индуктивности, а вторыми выводами к шине управления, вторая группа варикапов, состоящая из нескольких параллельно включенных варикапов подключена первыми выводами к шине управления, а вторыми выводами к общей шине, вход первого полосового фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора фильтра верхних частот, вход второго полосового фильтра подключен ко второму выводу третьего конденсатора фильтра верхних частот.
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй полосовые фильтры, каждый из которых содержит третью катушку индуктивности, подключенную ко входу полосового фильтра, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с четвертой и пятой катушками индуктивности, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с первым выводом емкостного элемента и шестой катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первыми выводами седьмой и восьмой катушек индуктивности, второй вывод седьмой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод восьмой катушки индуктивности подключен к резистору, второй вывод которого соединен с общей шиной, емкостной элемент выполнен в виде двух групп варикапов, первая группа, состоящая из нескольких параллельно включенных варикапов подключена ко второму выводу пятой катушки индуктивности, а вторыми выводами к шине управления, вторая группа варикапов, состоящая из нескольких параллельно включенных варикапов подключена первыми выводами к шине управления, а вторыми выводами к общей шине, вход первого полосового фильтра подключен к первому выводу первого конденсатора фильтра верхних частот, вход второго полосового фильтра подключен ко второму выводу третьего конденсатора фильтра верхних частот.
При сравнении заявляемой полезной модели не только с прототипом, но и с другими известными в науке и технике техническими решениями, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемой полезной модели. Устройство содержит фильтр верхних частот 1, в который входит первый конденсатор 2, подключенный к входной потенциальной клемме устройства, ко второму выводу конденсатора 2 подключены первая катушка индуктивности 3 и второй конденсатор 4, второй вывод которого соединен со второй катушкой индуктивности 5 и третьим конденсатором 6, второй вывод которого является выходом устройства. В состав устройства входят первый 7 и второй 8 дополнительные полосовые фильтры, каждый из которых содержит третью катушку индуктивности 9, подключенную ко входу полосового фильтра, второй вывод этой катушки соединен с четвертой 10 и пятой 11 катушками индуктивности, второй вывод катушки индуктивности 11 соединен с шестой катушкой индуктивности 13, второй вывод которой соединен с седьмой 14 и восьмой 15 катушками индуктивности, а также с двумя группами варикапов 12.
Первая группа варикапов 12 состоит из нескольких включенных параллельно варикапов, подключенных ко второму выводу катушки индуктивности 11. Вторые выводы первой группы варикапов соединены с общей шиной управления и второй группой параллельно включенных варикапов. Вторые выводы второй группы варикапов подключены к общей шине. Восьмая катушка индуктивности подключена к резистору 16. Вторые выводы катушек 10 и 14, конденсатора 12 и резистора 16 соединены с общей шиной.
Устройство работает следующим образом.
Дополнительный фильтр 7 представляет собой модификацию симметричного полосового фильтра первого класса по затуханию. Исходная схема этого фильтра представлена на фиг. 2а, расчет элементов которой приведен в работе [2] и определяется следующими соотношениями:
, где
1
2
ω и ω - частоты краев полосы пропускания;
m
Z - номинальное характеристическое сопротивление;
∞
ω - частота полюса затухания.
∞
Здесь использованы обозначения, приводимые в [2]. Частота полюса затухания ω=∞ и, следовательно, m=1.
4
Поскольку емкость C для фильтров с относительной шириной полосы пропускания менее 10% получается большой, в схему введены два идеальных трансформатора, как показано на фиг. 2б, с коэффициентом трансформации
Используя известные преобразования Нортона [3], схему фиг. 2б заменяем эквивалентной ей схемой, приведенной на фиг. 2в.
Поскольку фильтр симметричен, его входное сопротивление W в теоретической полосе пропускания определяется формулой [2]:
, где
c
Z - характеристическое сопротивление;
R - сопротивление нагрузки резистора 16;
α - характеристическая фаза.
Реальная W часть может быть получена в следующем виде:
c
1
2
c
c
1
Анализ этого выражения показывает, что реальная часть входного сопротивления в полосе пропускания фильтра 7 имеет волнообразный характер. Величина ReW зависит от соотношения Z и R, а также от характеристической фазы фильтра α. При изменении частоты от ω до ω характеристическое сопротивление изменяется от Z=∞ до Z=0, а характеристическая фаза от нуля до π радиан. Так на частоте, близкой к ω, α≈0 и ReW=R, на частоте, когда , cos2α=0,7 и ReW≅1,2R. Если , то ReW=2R
c
1
2
0
При R<<Z входное сопротивление на частотах ω до ω будет шунтировать входное сопротивление ФВЧ, образуя полосу режекции. На частотах ω=ω и выше входное сопротивление увеличивается и шунтирующее действие фильтра 7 на ФВЧ уменьшается.
Фильтр 8 работает аналогично фильтру 7, амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) их суммируются благодаря ФВЧ, включенному между ними и выполняющему роль «развязывающего звена.
При изменении емкости варикапов 12, средние частоты фильтров 7 и 8 изменяются и, следовательно, перестраивается средняя частота режекторного фильтра.
1
2
На частотах, близких к ω и ω происходит увеличение неравномерности АЧХ фильтра верхних частот. Чтобы уменьшить эту неравномерность, фильтры 7 и 8 рассчитываются таким образом, чтобы их номинальное характеристическое сопротивление было в 2-3 раза больше номинального сопротивления ФВЧ.
Выбранная схема ФВЧ имеет первый класс по характеристическому сопротивлению, величина которого уменьшается при приближении к его частоте среза. Это позволяет уменьшить неравномерность АЧХ фильтра верхних частот, когда средняя частота режекторного фильтра расположена на нижнем конце диапазона перестройки.
На фиг. 3 приведена амплитудно-частотная характеристика перестраиваемого режекторного фильтра (ПРФ), выполненного по предложенной полезной модели. Данный фильтр обеспечивает перестройку средней частоты от 10 МГц до 30 МГц при изменении емкости варикапов 12 от 500 пФ до 40 пФ. Затухание в полосе режекции не менее 20 дБ.
Источники информации:
1. Ясинский И.М. Перестраиваемые полосовые фильтры. Техника радиосвязи. Выпуск 2 (22), 2014.
2. Босый Н.Д. Электрические фильтры. Госиздат, Киев, 1960, стр. 147, рис. 3.12.
3. Черне Х.И. Индуктивные связи и трансформации в электрических фильтрах. Изд. Связь, М., 1959.