РЕЖЕКТОРНЫЙ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ LC-ФИЛЬТР
BAND-REJECTION TUNABLE LC-FILTER

Область техники
Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике, в частности к фильтрам, содержащим катушки взаимоиндукции, и может быть использовано в составе преселекторов профессиональных радиоприемных устройств для подавления помех.
Уровень техники
Известно устройство (устройства) «Режекторный LC-фильтр» по патенту РФ №2520422 подача заявки: 2012-12-25, публикация патента: 27.06.2014, содержащее фильтр нижних частот, который состоит из N катушек индуктивности, соединенных друг с другом последовательно, к каждому из выводов этих катушек индуктивности подключен конденсатор, вторые выводы конденсаторов соединены с общей шиной. При этом к первому выводу первой катушки индуктивности фильтра нижних частот подключен первый контур, состоящий из параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, ко второму выводу последней катушки индуктивности фильтра нижних частот подключен второй контур, состоящий из параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, второй вывод второго контура соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра.
Недостатком схемы этого устройства является то, что реализуется неоптимальная характеристика устройства, поскольку реализация производится не на основании оптимального синтеза и, следовательно схема может меняться в процессе настройке из-за добавления или удаления отдельных элементов.
Известно устройство (патент на изобретение РФ №2444120, дата публикации: 27.02.2012. Начало действия патента: 18.06.2010), «Фильтр гармоник коротковолнового передатчика», которое содержит фильтр нижних частот и фильтр верхних частот, соединенные на входе параллельно и образующие вход частотно-разделительного устройства. Характерным признаком изобретения является синтез полиномиальной характеристики Кауэра и относительно малое изменение входного и выходного сопротивления устройства вне полосы задерживания.
Недостаток этого изобретения - объединение фильтров нижних и верхних частот, что, с точки зрения количества используемых элементов, - дороже. Кроме того, устройство по патенту РФ №2444120 предполагает использование в выходных каскадах передатчиков.
Известно устройство «Режекторный фильтр» (Патент на изобретение РФ №2396703, дата публикации: 10.08.2010, начало действия патента: 01.04.2009), содержащее две катушки индуктивности, соединенные последовательно, первый вывод первой из них подключен к входной потенциальной клемме фильтра, первый вывод второй катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, ко вторым выводам этих катушек индуктивности подключены первый и второй конденсаторы, а также третья катушка индуктивности, второй вывод которой через третий конденсатор соединен с общей шиной. Кроме того, фильтр содержит четвертую и пятую катушки индуктивности, при этом четвертая катушка индуктивности включена между входной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом первого конденсатора, пятая катушка индуктивности включена между выходной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом второго конденсатора. Технический результат - улучшение технологичности.
Недостатком вышеописанного устройства заключается в том, что устройство имеет вторую полосу задерживания, ограничивающую область использования.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату являются устройство: «Электромагнитный компенсатор гармоник» (патент РФ №2335082, подача заявки: 17.07.2017, публикация патента: 27.09.2008), содержащее конденсатор и индуктивный элемент, выполненный в виде электромагнитного трансформатора с замкнутым кольцевым магнитопроводом, первичной обмоткой которого является один из проводов однофазной сети, а вторичная обмотка включена параллельно конденсатору. Вторичная цепь представляет собой последовательный колебательный контур, имеющей при резонансе сопротивление, близкое к нулю и, в силу этого, вносящее в первичную цепь большое сопротивление, препятствующее возникновению больших токов помех на частоте резонанса.
Устройство имеет максимально сходный механизм образования повышенного сопротивления в ветви с задерживаемым сигналом. Общий признак задержка или существенное ослабление колебаний заданных частот.
Недостаток этого изобретения является невозможность реализации передаточной функции полиномиального типа порядка более первого, присущей схемам лестничного типа с заданным ослаблением в полосе частот, что обусловлено включением только последовательного фильтрующего звена второго порядка в цепь фильтрации помех.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание конструкции устройства, которое позволило бы реализовать оптимальные синтезированные схемы заграждающего фильтра на сосредоточенных элементах емкости и индуктивности.
Поставленная задача решается тем, что каждый из последовательных фильтрующих резонансных двухполюсников строится по схеме, образованной индуктивно-связанными катушками, образующими трансформатор, вторичная катушка которого подключена к блоку переключаемых конденсаторов. Наличие взаимной индуктивности уменьшает эквивалентное индуктивное сопротивление резонансного двухполюсника, что позволяет получить необходимое расчетное значение индуктивности, нереализуемое при использовании в параллельном колебательном контуре только одной катушки. Частотная характеристика входного сопротивления такой схемы с высокой степенью точности совпадает с аналогичной характеристикой одиночного параллельного контура вблизи резонансной частоты (частоты режекции). Между двумя резонансными двухполюсниками последовательной части цепи включен последовательный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и блока переключаемых конденсаторов, второй вывод которого присоединен к общему проводу. Включение такого фильтрующего элемента превращает схему в лестничную структуру, которая может быть получена аналитически путем оптимального синтеза цепи по входному сопротивлению (метод Дарлингтона). Конденсатор (фиг. 1) предназначен для получения дополнительного резонанса в параллельном плече, что позволяет в значительной степени улучшить симметрию частотной характеристики фильтра, частично нарушенную из-за небольшой разницы во входных характеристиках параллельных колебательных контуров аналитического прототипа и предлагаемой схемы.
Перечень фигур
Изобретение поясняется чертежами на которых представлены:
на фиг. 1 - электрическая схема заграждающего фильтра;
на фиг. 2 и 3 - графики, характеризующие передаточную функцию заграждающего фильтра.
Осуществление изобретения
Устройство представляет собой режекторный LC-фильтр. Устройство содержит режекторный фильтр (РФ) (фиг. 1), состоящий из двух идентичных по структуре резонансных двухполюсников, каждый из которых состоит из катушек индуктивности 1 и 2, первый вывод которых является входом, а второй - выходом, индуктивно связанными с ними катушек 3 и 4. К каждому из выводов которых подключены блоки переключаемых конденсаторов 5 и 6. Между идентичными резонансными двухполюсниками, соединенными последовательно, и общей шиной, подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных катушки индуктивности 8 и блока переключаемых конденсаторов 7, параллельно этой цепи подключен конденсатор 9, один из выводов которого подключен между резонансными двухполюсниками - параллельными контурами, а второй - к общей шине.
Устройство работает следующим образом. Включенные на входе и выходе резонансные двухполюсники - параллельные колебательные контуры, настроены на частоту режекции, и их сопротивления на этой частоте резко возрастают, рабочее ослабление фильтра увеличивается. Резонансный двухполюсник - последовательный колебательных контур, включенный между общей шиной и двухполюсниками, включенными между входом и выходом устройства, напротив, имеет на частоте режекции резко уменьшающееся сопротивление, вследствие чего еще более возрастает рабочее ослабление фильтра. Конденсатор, включенный параллельно этому двухполюснику, создает условия для дополнительного резонанса, сглаживающего асимметрию частотной передаточной характеристики фильтра.
Катушки индуктивности 1, 2, и 8 удается подбирать, в соответствии с результатами оптимального синтеза по методу Дарлингтона, в пределах физической реализуемости величин, что позволяет обеспечить физическую реализуемость синтезированной схемы фильтра.
Устройство третьего порядка (N=3) содержит  реактивных резонансных двухполюсников с индуктивной связью и  классических минимально фазовых двухполюсников. Устройство четного порядка (N) содержит  реактивных резонансных двухполюсников с индуктивной связью и  классических минимально фазовых двухполюсников. Порядок устройства определяется числом элементарных колебательных контуров, определяемым путем синтеза фильтров-прототипов НЧ-ВЧ по заданным параметрам ослабления. Каждый резонансный двухполюсник, имеющий всвоем составе трансформатор, состоит из двух индуктивно связанных катушек, один из концов первой катушки является входом звена, а другой - выходом. К концам второй катушки присоединен блок переключаемых конденсаторов, образующий с ней колебательный контур.
Сопоставительный анализ показывает, что заявленное устройство отличается тем, что между параллельными колебательными контурами, фильтрующими помехи разных частот добавлен последовательный контур, замкнутый на общий провод, благодаря чему образуется лестничная структура, реализующая результаты аналитического оптимального синтеза фильтра с заданными параметрами ослабления в полосе частот. Первый и третий колебательные контуры связаны трансформаторно с основной шиной прохождения фильтруемого сигнала. Параллельно последовательному колебательному контуру, включенному между параллельными контурами и общим проводом включен дополнительный конденсатор, образующей еще один параллельный контур с резонансом токов.
Экспериментальная проверка показала, что при добротностях катушек, входящих в резонансных контуров 200÷300 ед. возможно обеспечить полосу режекции 0,5%, при затухании в полосе режекции более 50 дБ (фиг. 2).
Реализация заявленного изобретения позволяет получить требуемые аналитические характеристики при минимальном количестве элементов. Эффект от внедрения заграждающих фильтров предлагаемой конструкции - снижение количества элементов фильтра по сравнению с неоптимальным вариантом реализации и, как следствие, улучшение электрических характеристик или снижение стоимости по сравнению с другими способами реализации.
Преимущество заявляемого изобретения заключаются в том, что появляется возможность оптимального синтеза и соответствующей реализации заданной передаточной функции заграждающего фильтра в диапазоне коротких волн на сосредоточенных элементах емкости и индуктивности, значения которых находятся в интервале реализуемых значений.