Переключаемый преселектор коротковолнового диапазона

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к системам многоканальной связи в коротковолновом диапазоне и может быть использована для организации радиосвязи на стационарных и подвижных объектах.
Известен фильтр по патенту [1], который выполнен на основе полосовых фильтров, соединенных последовательно. Недостатком данного аналога является невозможность одновременной обработки сигналов на различных частотах. Кроме того, известны устройства, описанные в источниках информации [2] и [3].
Недостатком известных устройств является неудовлетворительная избирательность устройства, а также отсутствует возможность одновременной обработки сигналов на различных частотах.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является устройство по патенту РФ 2396704, H03H 7/46, принятое за прототип.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
М
2.1 – первая группа из М полосовых фильтров (ГПФ);
N
2.2 – вторая группа из N полосовых фильтров (ГПФ);
8 – дифференциальная система (ДС);
10 – дифференциальный трансформатор (ДТ);
11 – балансный резистор (БР);
12 – катушка индуктивности (КИ).
На фиг. 2 изображена укрупненная структурная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
М
2.1 – первая  группа из М полосовых фильтров (ГПФ);
N
2.2 – вторая группа из N полосовых фильтров (ГПФ);
8 – дифференциальная система (ДС).
Устройство-прототип содержит дифференциальную систему 8, которая имеет два выхода, являющиеся входом блоков фильтрации. К первому выходу дифференциальной системы подключена группа из N полосовых фильтров 2.2, ко второму выходу дифференциальной системы подключена группа из М полосовых фильтров 2.1.
Работает устройство-прототип следующим образом.
Дифференциальная система 8 (как показано в источнике информации [2]), обеспечивает «развязку» двух групп 2.1 и 2.2 полосовых фильтров, включенных по входу параллельно. При этом реализованная дифференциальная система 8 вносит дополнительное затухание, примерно равное 5-6 дБ. Помимо этого каждый из полосовых фильтров имеет вносимое затухание от 2 до 3 дБ, а иногда и больше, в зависимости от требований к его частотной характеристике. Этот параметр будет особенно критичным при относительных полосах пропускания 3÷5%.
Таким образом, обеспечивается согласование первой группы фильтров с нагрузкой в реальной схеме, когда фильтры второй группы имеют емкостное сопротивление на частотах, близких к средним частотам первой группы.
Недостатком устройства-прототипа является неудовлетворительная избирательность системы, т.к. у устройства-прототипа в группах из М и N полосовых фильтров на каждый поддиапазон частот присутствует по одному фильтру. Но этого не достаточно для достижения требуемой избирательности, так как это связано с невозможностью реализовать необходимую форму амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) без увеличения порядка фильтра [4]. При этом увеличения порядка фильтра приводит к большому затуханию в полосе пропускания, что ухудшает чувствительность системы.
Задача предлагаемого устройства состоит в улучшении избирательности устройства при сохранении высокой чувствительности преселектора.
Для решения поставленной задачи в переключаемый преселектор коротковолнового диапазона, содержащий две группы полосовых фильтров, причем первая состоит из М полосовых фильтров, согласно полезной модели, введены последовательно соединенные второй и третий ключи, и второй аттенюатор, выход которого соединен с входом второй группы из М полосовых фильтров, а также последовательно соединенные четвертый и пятый ключи, третья группа из М полосовых фильтров, выход которой является выходом преселектора, кроме того, второй выход второго ключа через последовательно соединенные первый аттенюатор и первый усилитель с управляемым усилением соединен со вторым входом третьего ключа; второй выход четвертого ключа через последовательно соединенные третий аттенюатор и второй усилитель с управляемым усилением соединен со вторым входом пятого ключа; выход первого ключа соединен с входом первой группы из М полосовых фильтров, выход которой соединен с входом второго ключа; первый и второй входы первого ключа являются сигнальным и калибровочным соответственно; выход второй группы из М полосовых фильтров соединен с входом четвертого ключа, при этом управляющие входы всех ключей, первого, второго и третьего аттенюаторов, первого и второго усилителей с управляемым усилением и первой, второй и третьей группы из М полосовых фильтров являются входами для управляющих сигналов.
На фиг. 3 изображена структурная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5– первый-пятый ключи (К);
М
2.1- 2.3 – первая – третья группы из М полосовых фильтров (ГПФ);
3.1- 3.3 – первый – третий аттенюаторы (АТТ);
4.1, 4.2 – первый и второй усилители с управляемым усилением (УУУ).
Предлагаемый переключаемый преселектор коротковолнового диапазона содержит последовательно соединенные первый ключ 1.1, первую группу из М полосовых фильтров 2.1, второй 1.2 и третий 1.3 ключи, второй АТТ 3.2, вторую группу из М полосовых фильтров 2.2, четвертый 1.4 и пятый 1.5 ключи, третью группу из М полосовых фильтров 2.3, выход которой является выходом устройства. Причем второй выход второго ключа 1.2 через последовательно соединенные первый АТТ 3.1 и первый УУУ 4.1 соединен со вторым входом третьего ключа 1.3. Второй выход четвертого ключа 1.4 через последовательно соединенные третий АТТ 3.3 и второй УУУ 4.2 соединен со вторым входом пятого ключа 1.5. Управляющие входы блоков 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2 соединены с соответствующими выходами процессора (на фиг. не показан). Первый вход первого ключа 1.1 соединён с приемной антенной и является сигнальным входом, а его второй вход – калибровочным.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В первом ключе 1.1 происходит переключение между сигналом, поступающим с антенны (режим работы) и калибровочным сигналом, подаваемым на другой вход первого ключа 1.1, причем переключение происходит под управлением сигнала с соответствующего выхода процессора, поступающего на управляющий вход первого ключа 1.1. При переключении в режим калибровки происходит настройка параметров преселектора. Настройка параметров устройства осуществляется в случае, если АЧХ устройства не соответствует требуемой. АЧХ первой, второй и третьей групп из М полосовых фильтров при сложении на выходе преселектора обеспечивает хорошую избирательность.
В рабочем режиме устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода первого ключа 1.1 поступает на вход первой группы из М полосовых фильтров 2.1, где под управлением процессора происходит переключение между М полосовыми фильтрами, настроенными на различные полосы пропускания. В фильтрах происходит фильтрация шумовых и побочных составляющих сигнала. Далее с выхода первой группы из М полосовых фильтров 2.1 отфильтрованный сигнал поступает на вход второго ключа 1.2, через который передается либо на первый вход третьего ключа 1.3, либо через последовательно соединённые первый аттенюатор 3.1 и первый усилитель с управляемым усилением 4.1 на второй вход третьего ключа 1.3. Первый аттенюатор 3.1 и первый усилитель с управляемым усилением 4.1 регулируют уровень пришедшего сигнала со второго выхода второго ключа 1.2. Работа второго 1.2 и третьего 1.3 ключей управляется сигналами, поступающими на управляющие входы ключей с соответствующих выходов процессора. Если сигнал удовлетворяет требованиям переключаемого преселектора коротковолнового диапазона (сигнал должен быть распознаваем и не должен перегружать второй УУУ 4.1), то сигнал с первого выхода второго ключа 1.2 поступает на первый вход третьего ключа 1.3. Если сигнал не удовлетворяет требованиям переключаемого преселектора коротковолнового диапазона (сигнал не распознаваем и перегружает второй УУУ 4.2), то со второго выхода второго ключа 1.2 сигнал поступает на вход первого аттенюатор 3.1, с его выхода – на вход первого усилителя с управляемым усилением 4.1, где под управлением сигналов, пришедших с соответствующих выходов процессора, происходит регулировка уровня пришедшего сигнала. Регулировка уровня пришедшего сигнала осуществляется, если сигнал не распознается системой или перегружает второй УУУ 4.2. С выхода третьего ключа 1.3 сигнал поступает на вход второго аттенюатора 3.2, управляемый процессором, в котором при необходимости возможно ослабление принятого сигнала. Далее с выхода второго АТТ 3.2 сигнал поступает на вход второй группы из М полосовых фильтров 2.2, в которой под управлением процессора происходит переключение между полосовыми фильтрами, настроенными на различные полосы пропускания, где происходит фильтрация, продукта интермодуляции второго порядка, а затем на второй вход четвертого ключа 1.4. С выхода четвертого 1.4 ключа сигнал поступает либо на первый вход пятого 1.5 ключа, либо через последовательно соединённые третий аттенюатор 3.3 и второй усилитель с управляемым усилением 4.2, а затем – на второй вход пятого ключа 1.5. Работа четвертого 1.4 и пятого 1.5 ключей управляется сигналами, поступающими на управляющие входы ключей с соответствующих выходов процессора. Третий аттенюатор 3.3 и второй усилитель с управляемым усилением 4.2 регулируют уровень пришедшего сигнала со второго выхода четвертого ключа 1.4. Если сигнал удовлетворяет требованиям переключаемого преселектора коротковолнового диапазона, то сигнал с выхода четвертого ключа поступает на вход пятого ключа 1.5. Если сигнал не удовлетворяет требованиям переключаемого преселектора коротковолнового диапазона, то со второго выхода четвертого ключа 1.4 сигнал поступает на вход третьего аттенюатор 3.3, с выхода которого – на вход усилителя с управляемым усилением 4.2, где под управлением сигналов, пришедших с процессора, происходит регулировка уровня пришедшего сигнала. С выхода пятого ключа 1.5 сигнал поступает на вход третий группы из М полосовых фильтров 2.3, в которой под управлением процессора происходит переключение между полосовыми фильтрами, настроенными на различные полосы пропускания, где происходит фильтрация продукта интермодуляции второго порядка. Переключение между полосовыми фильтрами в группах из М полосовых фильтров 2.1 – 2.3 происходит параллельно, благодаря чему отсутствуют задержки переключения между фильтрами. Причем каждый из фильтров настроен на свой поддиапазон частот и каждому полосовому фильтру из первой группы 2.1 есть соответствующий во второй 2.2 и третьей 2.3, но с другой формой АЧХ.
М
Таким образом, благодаря использованию трех групп из М полосовых фильтров, соединенных последовательно через элементы, регулирующие уровень пришедшего сигнала, такие как УУУ и АТТ, причем первая группа из М полосовых фильтров 2.1 является фильтром основной селекции, а вторая 2.2 и третья 2.3 группы служат для фильтрации продукта интермодуляции второго порядка. На выходе устройства происходит сложение АЧХ соответствующих полосовых фильтров каждого из поддиапазонов частот. Это равнозначно увеличению порядка полосового фильтра каждого из поддиапазонов преселектора, что приводит к улучшению избирательности без ухудшения чувствительности устройства. Так как увеличение порядка фильтра приводит к большому затуханию в полосе пропускания (это ухудшает чувствительность системы), то введение между группами из М полосовых фильтров двух усилителей 4.1 и 4.2 с управляемым усилением, приводит к компенсации затуханий в полосе пропускания. Причем избирательность и форма АЧХ оптимальна при использовании трех ГПФ, ведение большего количества групп полосовых фильтров не рационально, так как трудность расчета для обеспечения хорошей равномерности АЧХ фильтров не соразмерна с выигрышем в избирательности.
В качестве ключей можно использовать, например ключ фирмы Peregrine Semiconductor PE42540E-Z. Группы из M полосовых фильтров могут быть построены по стандартной схеме данного вида фильтров, например с использованием катушек индуктивности фирмы Coilcraft и конденсаторов фирмы Murata серии GRM. В качестве аттенюаторов возможно применение, например микросхемы Peregrine Semiconductor PE43704MLCA-Z. В качестве усилителя с управляемым усилением возможно использование, например микросхемы Linear Technology LT5514EFE. В качестве процессора возможно применение, например, микросхемы фирмы ATMEL ATSAM4S16BA-AU.
Источники информации:
1. Патент US4731877, H04N 1/16.
2. Босый Н.Д. Электрические фильтры. Гостехиздат УССР, Киев, 1957 г., стр. 338.
3. Плешков Н.Е., Зингеренко A.M., Лавриш B.C., Климович В.Ф., Изаксон Б.К., Техника дальней связи. Изд. ВКАС, Ленинград, 1951 г., стр. 101-105.
4. Баскаков С.И., Радио/ технические цепи и сигналы. Изд. «Высшая школа», Москва, 2003 г., стр. 338-347.