Устройство фильтрации гармоник

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиосвязи, в частности в усилителях мощности широкодиапазонных радиопередающих устройств.
Одной из специфических особенностей таких усилителей является то, что на их выходе, кроме сигнала основной частоты, присутствуют сигналы на частотах гармоники основной частоты, являющиеся источником паразитного излучения. Для ослабления этого паразитного излучения на выходе широкополосных усилителей включают переключаемые фильтры гармоник [Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990, патенты RU 2713867, H03H 7/09 «Фильтр гармоник портативного радиопередатчика», RU 2157585, H03F 3/26 «Высокочастотный широкополосный двухтактный усилитель мощности].
Нормированные значения для определения величины емкости конденсатора и величины индуктивности катушки в зависимости частоты среза фильтров Чебышева, Баттерворта и Кауэра приведены в различных справочниках [Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: Пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1983. - 752 с., Г.Е Ханзел. Справочник по расчету фильтров. Пер. с англ. - Москва. - Сов. Радио. 1974. - 288 с.,].
Фильтры гармоник усилителей мощности имеют, как правило, входные и выходные импедансы, равные 50 Ом, что позволяет при их настройке и проверке использовать стандартные измерительные приборы.
Фильтры гармоник Кауэра обеспечивает быстрое увеличение затухания сразу же за частотой среза и поэтому, получили наибольшее распространение при проектировании усилителей мощности. Амплитудно-частотная характеристика этих фильтров в полосе пропускания носит колебательный характер. При этом неравномерность затухания в полосе пропускания однозначно связана с максимальным коэффициентом отражения и коэффициентом стоячей волны (КСВ) входа фильтра. Так, при неравномерности затухания в полосе задержания 15% КСВ составляет 1,353 [Г.Е Ханзел. Справочник по расчету фильтров. Пер. с англ. - Москва. - Сов. Радио. 1974. - 288 с.].
В результате неоднородности стыка "выход усилителя мощности" - "вход фильтра гармоник" часть полезной мощности отражается от него, возвращаясь в усилитель, снижая при этом мощность выходного сигнала передатчика.
Увеличить мощность выходного сигнала передатчика возможно при использовании искусственной длинной линии, вход которой соединен с входной клеммой фильтра, а ее выход - с входом этого фильтра [патент RU 60817 «Полосовой согласующий фильтр»].
Полосовой согласующий фильтр работает следующим образом. Высокочастотный сигнал от усилителя мощности проходит по искусственной длинной линии, величина углового сдвига которой выбрана из условия, определенного в Муравченко В.Л. Возможности фазовой подстройки корабельных широкополосных радиопередатчиков. Судостроение №4, 2005, обеспечивающего синфазное сложение падающих и переотраженных от выхода усилителя мощности волн высокочастотной энергии на выходе устройства. В результате выходная мощность радиопередатчика увеличивается.
Недостатком известного устройства является узкий диапазон рабочих частот.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является фильтр гармоник (патент RU 58820, H03 7/07), принятый за прототип.
Структурная схема устройства-прототипа изображена на фиг. 1, где обозначено
1 - полосовая согласующая цепь;
3 - фильтр гармоник.
Фильтр-прототип содержит последовательно соединенные полосовую согласующую цепь 1 и фильтр гармоник 3.
Полосовая согласующая цепь 1, учитывает неравномерность выходного сопротивления широкополосного усилителя и, тем самым, улучшает согласование элементов передающего тракта, что позволяет повысить мощность в нагрузке радиопередатчика.
Работа устройства-прототипа осуществляется следующим образом. Высокочастотный сигнал от усилителя мощности проходит на вход фильтра гармоник 3 через полосовую трансформирующую цепь 1, которая выполняет функцию согласования и построена, например, в виде LC-цепи лестничного типа, формирующую Чебышевскую (равноволновую) частотную характеристику мощности.
Однако устройство-прототип обладает недостаточно широким диапазоном рабочих частот.
Объясняется это тем, что для пассивных согласующих цепей без потерь имеются фундаментальные ограничения широкополосного согласования, установленные Фано [Фано Р. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов/ Перевод с англ. под ред. Г.И. Слободенюка. - М.: Советское радио, - 1965].
Эти ограничения определяются следующим выражением
где Δf - максимальная полоса согласования, Гц;
С - выходная емкость транзистора, пФ;
R - входное сопротивление фильтра гармоник, О;
Г - коэффициент отражения от входа фильтра.
Из выражения (1) видно, что 50-ное входное сопротивление фильтра гармоник ограничивает широкополосность устройства.
Задача предлагаемого технического решения - расширение диапазона рабочих частот.
Для решения поставленной задачи в устройство фильтрации гармоник, содержащее полосовую согласующую цепь и фильтр гармоник, выход которого является выходом устройства, а вход полосовой согласующей цепи - входом устройства, согласно полезной модели между выходом полосовой согласующей цепи и входом фильтра гармоник включен широкополосный высокочастотный трансформатор, выполненный с возможностью понижения входного импеданса фильтра гармоник.
На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено
1 - полосовая согласующая цепь;
2 - широкополосный высокочастотный трансформатор;
3 - фильтр гармоник.
Предлагаемое устройство содержит полосовую согласующую цепь 1, вход которой является входом устройства, широкополосный высокочастотный трансформатор 2, вход которого подключен к выходу полосовой согласующей цепи 1, а выход - ко входу фильтра гармоник 3, выход которого является выходом устройства.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Высокочастотный сигнал от усилителя мощности (на фигуре не показан) проходит на вход фильтра гармоник 3 через полосовую согласующую цепь 1, которая выполняет функцию согласования и построена, например, в виде LC-цепи лестничного типа. Однако, нагрузкой этой цепи является входной импеданс широкополосного высокочастотного трансформатора 2, который в разы меньше входного сопротивления фильтра гармоник 3. Поэтому согласующая цепь 1 в этом случае может быть настроена в гораздо более широком диапазоне рабочих частот, что и является достигаемым техническим результатом.
При этом в качестве широкополосного высокочастотного трансформатора может быть использован трансформатор, выполненный на ферритовых сердечниках отрезками линии передачи, имеющий коэффициент трансформации 2 или 4, или 9.
Устройство расположено на печатной плате усилителя мощности.