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 нет возможности 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 – группа из М полосовых фильтров (ГПФ);
N
2.2 – 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 – группа из М полосовых фильтров (ГПФ);
N
2.2 – 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, выходы полосовых фильтров являются выходами блока фильтрации.
Работает устройство-прототип следующим образом.
Дифференциальная система 8 (как показано в источнике информации [2]), обеспечивает «развязку» двух групп 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 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 при сохранении высокой чувствительности преселектора.
Для решения поставленной задачи в 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, второй аттенюатор, четвертый и пятый ключи и вторая 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 второй усилитель с управляемым усилением соединен со вторым входом пятого ключа; выход первого ключа соединен с входом первой группы из М полосовых фильтров, выход которого соединен с входом второго ключа; первый и второй входы первого ключа являются сигнальным и калибровочным соответственно, при этом управляющие входы всех ключей, первого и второго аттенюаторов, усилителей с управляемым усилением и первой и второй 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, 2.2 – первая и вторая группы из М полосовых фильтров (ГПФ);
3, 5 – первый и второй аттенюаторы (АТТ);
4, 6 –первый и второй усилитель с управляемым усилением (УУУ).
Предлагаемый 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 5, четвертый 1.4 и пятый 1.5 ключи, вторую группу из М полосовых фильтров 2.2, выход которой является выходом устройства. Причем второй выход второго ключа 1.2 через последовательно соединенные первый АТТ 3 и первый УУУ 4 соединен со вторым входом третьего ключа 1.3. Второй выход четвертого ключа 1.4 через второй УУУ 6 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, 3, 4, 5, 6 соединены с соответствующими выходами процессора (на фиг. не показан). Первый вход первого ключа 1.1 соединён с приемной антенной и является сигнальным входом, а 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. При переключении в режим калибровки происходит настройка параметров устройства. Настройка параметров устройства осуществляется в случае, если амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства не соответствует требуемой. АЧХ первой и второй групп из М полосовых фильтров при сложении на выходе преселектора должна обеспечивать 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, в которой под управлением процессора происходит переключение между М полосовыми фильтрами, настроенными на различные полосы пропускания, где 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 и первый усилитель с управляемым усилением 4, на второй вход третьего ключа 1.3. Первый аттенюатор 3 и первый усилитель с управляемым усилением 4 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 преселектора коротковолнового диапазона (сигнал должен быть распознаваем и не должен перегружать второй УУУ 6), то сигнал с первого выхода второго ключа 1.2 поступает на первый вход третьего ключа 1.3. Если сигнал не удовлетворяет требованиям преселектора коротковолнового диапазона (сигнал не распознаваем и перегружает второй УУУ 6), то со второго выхода второго ключа 1.2 сигнал поступает на вход первого аттенюатор 3, выход которого соединен со входом первого усилителя с управляемым усилением 4, где под управлением сигналов, пришедших с процессора происходит регулировка уровня пришедшего сигнала. Регулировка уровня пришедшего сигнала осуществляется, если сигнал не распознается системой или перегружает второй УУУ 6. С выхода третьего ключа 1.3 сигнал поступает на вход второго аттенюатор 5, управляемый процессором, в котором, при необходимости, возможно ослабление принятого сигнала, для предотвращения перегрузки последующего второго усилителя с управляемым усилением 6. Далее с выхода второго АТТ 5 сигнал поступает на вход четвертого ключа 1.4, через который сигнал передается либо на вход второго усилителя 6, а затем на второй вход пятого ключа 1.5, либо на первый 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. Если сигнал удовлетворяет требованиям преселектора коротковолнового диапазона, то первый выход четвертого ключа 1.4 соединен с входом пятого 1.5. Если сигнал не удовлетворяет требованиям преселектора коротковолнового диапазона, то со второго выхода четвертого ключа 1.4 сигнал поступает на вход второго усилителя 6, где под управлением процессора происходит увеличение уровня пришедшего сигнала. С выхода второго УУУ 6 сигнал поступает на пятый ключ 1.5. С выхода пятого ключа 1.5 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 фильтрации продукта интермодуляции второго порядка. Переключение между полосовыми фильтрами в 2.1 и 2.2 происходит параллельно, благодаря чему отсутствуют задержки переключения между фильтрами. Причем каждый из фильтров настроен на свой поддиапазон частот и каждому полосовому фильтру из 2.1 есть соответствующий в 2.2, но с другой формой АЧХ.
Таким образом, благодаря использованию двух 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 группа 2.2 служит 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.
В качестве ключей возможно применение ключа 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 Murataсерии GRM. В качестве аттенюаторов возможно применение микросхемы Peregrine Semiconductor PE43704MLCA-Z. В качестве усилителя с управляемым усилением возможно применение 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.