КОМПЕНСАЦИОННЫЙ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР

Компенсационный режекторный фильтр
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, связи, измерительной технике и в другой радиоэлектронной аппаратуре для подавления непрерывных синусоидальных сигналов или отдельных участков частотного спектра импульсных сигналов.
Известен компенсационный режекгориый фильтр, содержащий в прямой цепи алгебраический сумматор и в компенсирующей цепи - активный полосовой фильтр на операционном усилителе с многопетлевой обратной связью, эквивалентный параллельному колебательному контуру. Первый вход алгебраического сумматора и вход активного полосового фильтра соединены и подключены к источнику входного сигнала, выход активного полосового фильтра соединен со вторым входом алгебраического сумматора, выход которого является выходом устройства. В данной схеме выходной противофазный сигнал активного полосового фильтра складывается с входным сигналом устройства 1.
Недостатком известного устройства является его узкая, пикообразной формы, режекторная характеристика с максимальной режекцией в одной точке (см. 1, рис.3.13), вследствие чего происходит существенное ухудшение эффективности подавления синусоидального сигнала или нужного участка спектра импульсного сигнала даже при незначительной расстройке частот входного сигнала и активного полосового фильтра.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности работы устройства путем расширения зоны максимальной режекции и улучшения прямоугольности амплитудно-частотной характеристики фильтра.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном компенсационном режекторном фильтре, содержащем прямую цепь в виде алгебраического сумматора и компенсирующую цепь, вход которой соединен с первым входом алгебраического сумматора и подключен к источнику входного сигнала, а выход соединен со вторым входом алгебраического сумматора, выход которого является выходом устройства, согласно полезной модели компенсирующая цепь выполнена в ввде режекторно-полосового усилителя, содержащего усилительный каскад, нагрузкой которого является полосовой фильтр, резонансно шунтированный режекторным фильтром.
: 2 о  ,f T«™i™«intni
МПК НОЗН 7/12 го и последовательного коле тельных контуров на основе дискретных RLC-элементов.
Полосовой и режекторный фильтры выполнены, соответственно, в виде параллельного и последовательного колебательных контуров на основе монолитных резонаторов, в качестве которых использованы пьезоэлектрические элементы с двумя электродами.
Полосовой фильтр выполнен в виде системы из двух связанных колебательных контуров на основе двухрезонаторного монолитного фильтра, в качестве которого использован пьезоэлектрический элемент с четырьмя электродами.
В заявленном устройстве в компенсирующз ю цепь вместо обычного полосового усилителя с монотонной фазочастотной характеристикой (ФЧХ), имеющей максимальную крутизну на центральной частоте как у прототипа, введен режекторно-полосовой усилитель со ступенчатой ФЧХ, имеющей нулевую крутану в некоторой зоне около центральной частоты усилителя. При такой ступенчатой ФЧХ компенсирующей цепи входные и выходные колебания сигнала не имеют сдвига фазы в зоне нулевой крутизны и при вычитании компенсируются, что обеспечивает в этой зоне максимальную режекцию и улучшение прямоугольности режекторной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), в то время как в прототипе они не имеют фазового сдвига только на центральной частоте и быстро расходятся по фазе даже при малых расстройках, что резко нар5Ш1ает их компенсацию при вычитании и приводит к максимальной режекции только в одной точке и к пикообразной форме режекторной АЧХ.
Полезная модель поясняелгся чертежами: на фиг.1 представлена структурная схема компенсационного режекторного фильтра; на фиг. 2(а, б, в) изображены электрические схемы вариантов осуществления устройства; на фиг. 3 (а, б, в) - амплитудно-частотные характеристики, поясняющие работу устройства.
Компенсационный режекторный фильтр (фиг.1) состоит из прямой цепи, содержащей алгебраический сумматор 1, и компенсирующей цепи, выполненной в виде режекторнополосового усилителя, содержащего усилительный каскад 2 с нагрузкой в виде полосового фильтра 3, резонансно шунтированного режекгорным фильтром 4. Вход усилительного каскада 2, являющийся входом режекгорно-полосового усилителя, соединен с первым входом алгебраического сумматора 1 и подключен к источнику входных сигналов, а выход полосового фильтра 3, соединенного со входом режекторного фильтра 4, являющийся выходом режекторно-полосового усилителя, соединен со вторым входом алгебраического сумматора 1, выход которого является выходом устройства. Функция алгебраического сумматора 1 зависит от синфазности или противофазносги колебаний сигналов на его входах. Если в компенсирующей цепи фаза колебаний сигнала переворачивается на обратную, то колебания на входах
2
алгебраического сумматора 1 противофазны и он должен выполнять функцию суммирования сигналов, в прютивном случае - функцию вычитания сигналов.
Алгебраический сумматор 1 при суммировании входных сигналов может бьггь выполнен по известным схемам на резисторах или активных элементах с общей нагрузкой 2, а при вычитании входных сигналов - в виде дифференциального усилителя 3. В зависимости от необходимой полосы режекции компенсационного режекторного фильтра эти фильтры в компенсирующей цепи могут быть выполнены в различных вариантах. Например, в одном варианте полосовой 3 и режекторный 4 фильтры вьшолнены по известным правилам на основе дискретных RLC-элементов в виде, соответственно, параллельного колебательного контура RI, LI, Ci и последовательного колебательного контура Сз, L2, R2 (фиг. 2а). В другом варианте полосовой 3 и режекгорный 4 фильтры выполнены в виде, соответственно, параллельного и последовательного колебательных контуров на основе монолитных резонаторов 5, 6, в качестве которых использованы пьезоэлектрические элементы с двумя электродами (фиг. 26). В третьем варианте осуществления полезной модели полосовой фильтрЗ выполнен в виде системы их двух связанных колебательных контуров на основе двухрезонаторного монолитного фильтра, в качестве которого использован пьезоэлектрический элемент 7 с четырьмя электродами (фиг. 2в). При этом во всех примерах осуществления полезной модели полосовой фильтр 3 резонансно шунтирован режекторным фильтром 4. В узкополосных схемах предпочтительно использовать кварцевые приборы, обладающие высокой добротностью и повышенной стабильностью параметров.
Компенсационный режекгорный фильтр работает следующим образом.
На первый вход алгебраического сумматора 1 и вход усилительного каскада 2 режекторно-полосового усилителя поступает входной сигнал прямой цепи С/;, а на второй вход алгебраического сумматора 1 - выходной сигнал U2 с выхода полосового фильтра 3, резонансно шунтированного режекторным фильтром 4 режекторно-полосового усилителя компенсирующей цепи. В результате вычитания этих сигналов в алгебраическом сумматоре 1 его выходной сигнал UB, являющийся выходным сигналом устройства, представляет векторную разность колебаний прямой и компенсирующей цепей;
U3 Ui-U2 (1-Кк)и,, а коэффициент передачи устройства в целом:
K U3/Ui  l-KK,
где Кк - комплексный коэффициент передачи режекторно-полосового усилителя, ФЧХ которого яв.11яется ступенчатой.
Такую характеристику можно синтезировать, если в каскады режекторно-полосового усилителя включены как полосовой 3, так и шунтирующий его режекторный 4 фильтры, настроенные на одну и ту же резонансную частоту ft, и подобрана одинаковая крутизна их ФЧХ на интервале расстроек вблизи резонанса ft, где наклоны характеристик противоположны. При этом суммарная ФЧХ компенсирующей цепи оказывается «нулевой на этом интервале, так как фазовые характеристики фильтов складываются.
Глубина режекции Рр режекторного фильтра 4, обеспечивающая необходимую крутизну его фазовой характеристики, равной крутизне фазовой характеристики полосового фильтра 3, невелика и легко выполнима При этом АЧХ режекторно-полосового усилителя приобретает «двугорбосгь с провалом на резонансной частоте ft, при этом его коэффициент усиления должен составлять Кко  (Р - 1)/Р, где Р - заданная глубина режекции компенсационного режекторного фильтра (фиг. 1) в целом. Это следует из того, что на резонансной частоте К  1/Р  1 - Кко Заданная глубина режекции Р, как и в прототипе, обеспечивается подстройкой усиления усилителя 2 на резонансной частоте фильтров 3, 4 (центральной частоте ft компенсационного режекторного фильтра).
Работа устройства поясняется его частотными характеристиками, показанными на фиг. 3 для случая, когда для примера взято Р  30 (30 дБ), ft  12 МГц и полоса режекции компенсационного режекторного фильтра, по уровню -3 дБ, Af-здБ 100 кГц при глубине режекции в режекторном фильтре 4 Рр 1,7. Для сравнения представлены также частотные характеристики прототипа с той же глубиной Р и полосой режекции Мздв
Фиг. За показывает АЧХ полосового усилителя прототипа (кривая 1) и АЧХ режекторно-полосового усилителя предлагаемого устройства (кривая 2), где хорошо видна «двугорбость за счет небольшой режекции в режекторном фильтре 4 режекторно-полосового усилителя, при этом коэффициент усиления на резонансной частоте ft при выбранном значении Р  30 составляет Кко 0,966(-0,3 дБ).
Фиг. 36 показьшает формирование необходимой ступенчатой формы ФЧХ режекторно-полосового усилителя (кривая 3) путем сложения ФЧХ полосового 3 (кривая 1) и режекторного 4 (кривая 2) фильтров с одинаковой, но противоположной по знаку крутизной на частоте ft, что достигается подстройкой величины РР в режекторном фильтре 4 режекторнополосового усилителя. ФЧХ полосового усилителя прототипа аналогична кривой 1.
Фиг. Зв показывает результирующие режекторные АЧХ компенсирующих цепей прототипа (кривая 1) и предлагаемого компенсационного режекторного фильтра (кривая 2), где
хорошо видны «пикообразность АЧХ прототипа с глубиной режекции Р  30 дБ в одной точке fo и возникновение зоны режекции с  не менее Р, совпадающей с зоной нулевой крутизны ФЧХ режекторно-полосового усилителя заявленного устройства (фиг. 36, кривая 3). Кроме того, видны характерные для предлагаемого компенсационного режекторного фильтра «пики режекции, симметрично расположенные ( ±АГпик) относительно центральной частоты fo и способствующие увеличению крутизны скатов режекторной АЧХ. Из графиков видно, что полоса режекции по уровню -30 дБ составляет Мзодв 16 кГц (а для прототипа О кГц), при этом коэффициент прямоугольности режекторной АЧХ предлагаемого компенсационного режекторного фильтра П  МздБ/А зодБ  6,3, что несравнимо лучше, чем у прототипа.
Это справедливо не только для конкретного примера, иллюстрируемого фиг. 3, но является принципиальным отличием предлагаемого устройства от прототипа при любых параметрах компенсационного режекгорного фильтра (фиг. 1), но со ступенчатой ФЧХ режекторно-полосового усилителя в компенсирующей цепи. При этом зона режекции с глубиной Р всегда не уже, чем 2АГпикИспользование полезной модели обеспечивает расширение зоны максимальной режекции и улучшение прямоугольности АЧХ фильтра при вариативности его исполнения в широком диапазоне частот и полос. Так, в узкополосном варианте режекции он может бьггь реализован на кварцевых резонаторах без катушек индуктивности, в среднеполосном варианте - на танталолитиевых резонаторах без катушек индуктивности, а в широкополосном варианте - на катушках индуктивности. Кроме того, заявленный компенсационный режекгорный фильтр обладает низкой стоимостью по сравнению с заказными монолигными пьезоэлектронными приборами, т. к. в нем могут использоваться стандартные как монолитные, так и дискретные элементы.
Источники информации:
1.П. Гарет. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ. М:, Мир, 1981, стр. 75, рис. 3.22.
2.Проектирование радиолокационных приемных устройств. Под ред. М.А. Соколова. М:, Высшая школа, 1984, стр. 126-127.
3.Радиоприемные устройства. Под ред. Л.Г. Барулина. М:, Радио и связь, 1984, стр. 101-102.