ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО
FREQUENCY-SELECTIVE DEVICE

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве перестраиваемого преселектора радиоприемных устройств или частотного селектора в возбудителях широкодиапазонных радиопередатчиков.
Известно частотно-селективное устройство в виде набора переключаемых субоктавных фильтров [1]. Данное устройство обеспечивает минимальные изменения параметров в широком диапазоне частот, но не имеет достаточной избирательности. А увеличивать количество фильтров до нескольких десятков и при этом усложнять их для выполнения повышенных требований по избирательности (например, при отстройке на ±5%, ±10% от частоты входного сигнала) практически нецелесообразно. Поэтому во входных цепях радиоприемных устройств применяют различные варианты контуров или фильтров, перестраиваемых при помощи конденсаторов переменной емкости, которые могут быть выполнены в виде набора дискретных конденсаторов [2]. Однако одно- и двухконтурные частотно-селективные устройства не обеспечивают необходимой "диапазонности" - одного из основных качественных показателей перестраиваемого в диапазоне частот входного устройства радиоприемника [3]. Изменения параметров трехконтурных полосовых фильтров при перестройке в широком диапазоне частот значительно меньше, чем у двухконтурных фильтров [4], а также меньше по сравнению с четырехконтурными фильтрами, благодаря большей стабильности затухания сигнала на средней частоте полосы пропускания.
Известно частотно-селективное устройство, представляющее собой набор многозвенных полосовых фильтров, перестраиваемых в диапазоне частот при помощи конденсаторов переменной емкости [5]. Данное устройство имеет очень сложную структуру, характеризующуюся наличием большого количества перестраиваемых двухконтурных полосовых и согласующих звеньев, что практически исключает возможность автоматизации процесса настройки частотно-селективного устройства при его изготовлении.
Частотно-селективное устройство, представленное в [6], является наиболее близким к предлагаемому, так как содержит три переключаемых и перестраиваемых LC-фильтра, каждый из которых содержит в средней своей части П-образное звено, в продольном плече которого включена катушка индуктивности, подключаемая к общим для всех LC-фильтров двум конденсаторам переменной емкости в поперечных плечах. Данное устройство можно принять за прототип.
Анализ прототипа показал, что он не обеспечивает достаточного согласования при перестройке в диапазоне рабочих частот, имеет большое затухание в полосе пропускания и малое затухание в полосе задерживания. В первую очередь, недостатки прототипа обусловлены тем, что емкости конденсаторов, включенных на входе и выходе частотно-селективного устройства, постоянны во всем диапазоне частот.
Задачей изобретения является уменьшение затухания в полосе пропускания, повышение затухания в полосе задерживания частотно-селективного устройства и минимизация изменений его параметров при перестройке в диапазоне рабочих частот.
Указанная задача решается тем, что в частотно-селективное устройство, содержащее N переключаемых и перестраиваемых LC-фильтров, каждый из которых содержит в средней своей части в продольном плече катушку индуктивности, а в поперечных плечах - первый и второй конденсаторы переменной емкости соответственно, общие для всех LC-фильтров, в каждый LC-фильтр введено дополнительно входное Г-образное полузвено, состоящее из катушки индуктивности и конденсатора, точка соединения которых соединена с первым выводом катушки индуктивности LC-фильтра, и выходное Г-образное полузвено, состоящее из катушки индуктивности и конденсатора, точка соединения которых соединена с вторым выводом катушки индуктивности LC-фильтра, при этом вход каждого входного Г-образного полузвена подключен к входному разъему частотно-селективного устройства через соответствующий входной переключатель, а выход каждого выходного Г-образного полузвена подключен к выходному разъему частотно-селективного устройства через соответствующий выходной переключатель, причем первый конденсатор переменной емкости подключается при помощи одного из N первых переключателей к первому выводу катушки индуктивности соответствующего LC-фильтра через введенный в каждый LC-фильтр первый понижающий автотрансформатор, а второй конденсатор переменной емкости, подключается при помощи одного из N вторых переключателей к второму выводу катушки индуктивности соответствующего LC-фильтра через введенный в каждый LC-фильтр второй понижающий автотрансформатор, причем первый и второй конденсаторы переменной емкости выполнены в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления.
На фигуре приведена схема заявленного устройства. Частотно-селективное устройство содержит N переключаемых и перестраиваемых LC-фильтров 1, каждый из которых содержит в средней своей части в продольном плече катушку индуктивности 2, а в поперечных плечах - первый 3 и второй 4 конденсаторы переменной емкости соответственно, общие для всех LC-фильтров. В каждый LC-фильтр введено дополнительно входное Г-образное полузвено 5, состоящее из катушки индуктивности 6 и конденсатора 7, точка соединения которых соединена с первым выводом катушки индуктивности 2 LC-фильтра 1, и выходное Г-образное полузвено 8, состоящее из катушки индуктивности 9 и конденсатора 10, точка соединения которых соединена с вторым выводом катушки индуктивности 2 LC-фильтра 1, при этом вход каждого входного Г-образного полузвена 5 подключен к входному разъему 11 частотно-селективного устройства через соответствующий входной переключатель 12, а выход каждого выходного Г-образного полузвена 8 подключен к выходному разъему 13 частотно-селективного устройства через соответствующий выходной переключатель 14. Первый конденсатор 3 переменной емкости подключается при помощи одного из N первых переключателей 15 к первому выводу катушки индуктивности 2 соответствующего LC-фильтра 1 через введенный в каждый LC-фильтр первый понижающий автотрансформатор 16, а второй конденсатор 4 переменной емкости подключается при помощи одного из N вторых переключателей 17 к второму выводу катушки индуктивности 2 соответствующего LC-фильтра 1 через введенный в каждый LC-фильтр второй понижающий автотрансформатор 18, причем первый 3 и второй 4 конденсаторы переменной емкости выполнены в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления 19.
Частотно-селективное устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии подвижные контакты всех переключателей 12, 14, 15 и 17 замкнуты с неподвижными контактами, соединенными с общей шиной. При настройке частотно-селективного устройства на заданную частоту входного сигнала емкости конденсаторов 3 и 4 переменной емкости при помощи устройства управления 19 устанавливаются равными тем значениям, которые были получены во время настройки частотно-селективного устройства при его изготовлении и сохранены в устройстве управления. Также при помощи устройства управления 19 включается соответствующий LC-фильтр 1, в частотном диапазоне перестройки которого находится частота входного сигнала. При этом подвижные контакты переключателей 12, 14, 15 и 17, соответствующих включенному LC-фильтру, переводятся в другое положение и входной сигнал через соответствующие входное Г-образное полузвено 5, катушку индуктивности 2 и выходное Г-образное полузвено 8 проходит на выход частотно-селективного устройства.
Предлагаемое частотно-селективное устройство представляет собой набор переключаемых и перестраиваемых в диапазоне частот полосовых фильтров, каждый из которых эквивалентен по избирательности трехконтурному фильтру и имеет первый класс по характеристическому сопротивлению, величина которого пропорциональна частоте настройки и индуктивности катушек индуктивности 6, 9. При этом в каждом LC-фильтре индуктивности катушек индуктивности 6, 9 равны между собой и равны половине индуктивности катушки индуктивности 2. Емкости конденсаторов 7 и 10 вместе с минимальными емкостями конденсаторов 3 и 4 переменной емкости определяют настройку частотно-селективного устройства на максимальную частоту включенного поддиапазона. От соотношения индуктивностей вторичной обмотки понижающих автотрансформаторов 16, 18 и катушек индуктивности 6, 9 зависит ширина полосы пропускания фильтра. Коэффициент трансформации понижающих автотрансформаторов 16 и 18 определяется соотношением емкостей конденсаторов 3 и 4 переменной емкости и емкостей, требуемых для настройки частотно-селективного устройства на заданную частоту входного сигнала, при этом для обеспечения симметричной характеристики затухания коэффициент взаимоиндукции М первичной и вторичной обмоток у каждого автотрансформатора 16, 18 должен быть максимально большим.
Предлагаемое частотно-селективное устройство имеет широкий диапазон перестройки благодаря наличию N полосовых перестраиваемых фильтров. Малые изменения параметров частотно-селективного устройства при перестройке в диапазоне частот достигаются тем, что в каждом полосовом фильтре относительная ширина полосы пропускания определяется соотношением индуктивностей и от частоты не зависит. Применение в каждом полосовом фильтре дополнительных Г-образных полузвеньев и автотрансформаторов существенно повышает затухание в полосе задерживания и уменьшает затухание в полосе пропускания, улучшая согласование частотно-селективного устройства на частоте настройки. Кроме того, заявляемое частотно-селективное устройство обеспечивает точную настройку на заданные частоты входного сигнала, при этом существенно снижается трудоемкость операции настройки частотно-селективного устройства при его изготовлении. Настройка осуществляется программным способом в автоматическом режиме до получения минимального значения затухания на каждой задаваемой с определенным шагом частоте настройки. Результаты настройки сохраняются в устройстве управления и используются во время работы частотно-селективного устройства в составе радиоприемника или возбудителя передатчика. При таком способе настройки не требуется применение в частотно-селективном устройстве конденсаторов с малыми отклонениями емкости от номинальных значений.
Источники информации
1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - с.112, рис.2.45.
2. Головин О.В. Системы автоматической настройки радиоприемных устройств магистральной связи. - М.: Связь, 1980. - с.90, рис.65.
3. Заварин Г.Д., Мартынов В.А., Федорцов Б.Ф. Радиоприемные устройства. - М.: Воениздат, 1973. - с.73.
4. Зиновьев А.Г. Анализ перестраиваемых полосовых фильтров на связанных контурах. - Техника средств связи, сер. ТРС, 1992, вып.9, с.42-55.
5. Патент RU 2431920, кл. Н04В 1/18. Частотно-селективное устройство / А.Г. Зиновьев, Г.А. Путин, А.В. Богданов. - Заявлено 31.03.2010; опубликовано 20.10.2011.
6. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - с.143, рис.2.85.