Некоторые аспекты синтеза перестраиваемых фильтров в радиоприемных устройствах KB диапазона

сделать вывод, что рассмотренный в работе метод получения эквивалентной схемы автогенератора дает правильное представление о механизме процессов, происходящих в автогенераторе на ЛБВ с внешней обратной связью и с частотной модуляцией.

Библиографический список

уравнений запаздывающего типа // Известия вузов. Математика.- 2000,- №2.

4. Алексенко Н. В., Романовский Р. К. Метод функционалов Ляпунова для линейныхдифференциально-разностных систем с почти периодическими коэффициентами // Дифференциальные уравнения. — 2001. — т. 37. — № 2.

1. Рубаник В. П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием. — М.: Наука, 1969.

2. Соколинский В. Г. Экспериментальные исследования частотных искажений сигналов в частотно-модулированных автогенераторах СВЧ при высоких скоростях модуляции // Радиотехника и электроника. — 1973. —т. 18,— № 10.

3. Алексенко Н. В. Устойчивость решений нелинейных почти периодических систем функционально-дифференциальных

КОЛЕСНИКОВ Валерий Николаевич, кандидат фи-зико-математичеких наук, старший научный сотрудник, директор Республиканского инженерно-технического центра СО РАН.

КОЛЕСНИКОВА Татьяна Петровна, кандидат физико-математических наук, доцент Омского государственного технического университета.

УДК 621 396 62 д. Б. НЕВОРОТОВ

Омский государственный технический университет

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ СИНТЕЗА ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ФИЛЬТРОВ В РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВАХ КВ ДИАПАЗОНА

Непрерывный рост радиосредств различного назначения, увеличение мощности радиопередающей радиоаппаратуры, а следовательно, уровней побочных и внеполосных излучений, повышение чувствительности радиоприемных устройств и, следовательно, каналов побочного приема, служат причиной сужения полосы излучаемого и принимаемого сигнала при сохранении количества и качества принимаемой информации, Данная статья освещает один из этапов теории проектирования перестраиваемых фильтров КВ диапазона.

Рассматриваемые фильтры устанавливаются в пре-селекторе радиоприемного устройства. Структурная схема гетеродинного приемника показана на рис. 1 ,где Т{ - преселектор, и, — смеситель, С, — гетеродин, — фильтр ПЧ (промежуточнойчастоты), А2 — усилитель звуковой частоты, В — оконечное устройство.

В используемом диапазоне частот 1.5-30 МГц уровень помех в наихудшем случае имеет значение 35-65дБ. Достаточно высокие значения помех связаны с тем, что связь осуществляется на расстояния от 600 км внизу диапазона и в пределах всей Земли вверху. Для осуществления такой связи используют большие уровни сигналов [1].

На данный момент существует несколько подходов к реализации фильтрующих систем в радиоприемных устройствах. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Самым распространенным является использование переключаемых полосовых фильтров с небольшим количеством стационарных положений. Данный метод позволяет создать достаточно простую и недорогую систему входной фильтрации для РПУ со средними параметрами. Для повышения качества РПУ прибегают к усложнению входных переключаемых фильтров путем увеличения полос пропускания. Такой подход позволяет в значительной мере увеличить параметры за счет сужения полосы пропускания

и

и.

Л\

Рис.1.

фильтров. При этом происходит значительное усложнение и удорожание РПУ в целом за счет увеличения количества настраиваемых элементов.

При значении коэффициента перекрытия:

л.

где верхняя частота диапазона, {и - нижняя частота диапазона, порядка 20 и представленном ранее уровне помех, удовлетворить требования для высококачественных и недорогих РПУ не перестраиваемым фильтром не представляется возможным.

Один из этапов синтеза перестраиваемого фильтра состоит в расчете неперестраиваемого фильтра. При

этом существуют две конкурирующих методики расчета. В методе характеристических параметров исходными являются схема уравнений четырехполюсника и матрица сопротивлений. Вид фильтра при расчете по характеристическим параметрам представлен на рис,2.

Zn

Z„ Рис.2.

Zl2

При этом параметры четырехполюсника выражаются через характеристические сопротивления и характеристическую постоянную передачи [3]. В случае цепи без потерь, составленной из конечного числа звеньев с чисто активными нагрузками, характеристические сопротивления будут согласованы только на отдельных частотах. В связи с этим имеют место эффекты отражения (несогласованности), которые приводят к значительному увеличению затухания в полосе пропускания (более 3 дБ) и резкому искажению характеристик на границах полосы задерживания [ 1 ].

Расчет фильтра по рабочим параметрам начинается с задания функции передачи. Затем по передаточной функции находится входное сопротивление цепи, в виде функции от р (комплексной частоты). После этого с помощью различных разложений функции входного сопротивления в цепные или элементарные дроби определяются элементы фильтра. Полученная таким образом цепь будет иметь передаточную функцию, заданную в начале расчета, тем самым исключается неопределенность и необходимость в экспериментальной подгонке. Влияние нагрузок учитывается в самом начале при задании функции передачи. Поэтому останавливаемся на этом методе.

Первым этапом синтеза фильтра является выбор оптимальной аппроксимации. На данный момент широко используется:

а) функцияБаттерворта В feo)-—Ц--,л = 1,2...,

n 1+а/п

^ * тт « , а„П" + а„ .П"-1 +... + а„

б) дробьЧебышева ^ = '

где ... - частоты всплесков затухания,

в) полином Чебышева Р„

г) дробь Золотарева IZ21 [а

W4H '

Баттерворта

ния. В нашем случае это свойство не является крайне необходимым. В отличие от полинома дробь имеет полюса в полосе задерживания, которые необходимо учитывать при перестройке. Полином является более простой функцией, но в то же время имеет высокую величину затухания в полосе задерживания и допустимый уровень пульсаций в полосе пропускания. Поэтому остановимся на полиноме Чебышева.

Элементы фильтра определяются по формулам [3]:

г с ¡ — нечетное,

' л-в, '

>

С. =т-Jl . , i - четное,

О. =

шС

гдеЯг(а>) - дробь Золотарева, £2Д2(ш) фильтрации.

функция Где q _ проводимость нагрузки.

При аппроксимации полиномом Чебышева с удалением от частоты среза наклон кривой затухания такой же, как и у функции Баттерворта, но затухание больше на постоянную величину 6(п-1) дБ/окт, где п -число резонаторов фильтра [ 1 ]. На рис.3 представлены характеристики затухания.

Дроби Золотарева и Чебышева обычно используются, когда необходима большая скорость нарастания характеристики фильтра в переходной области между полосой пропускания и полосой задержива-

где— элемент фильтра — прототипа ФНЧ, Д2 — сопротивление нагрузки.

Анализ выражений (1) приводит к выводу о том, что при сохранении постоянной относительной полосы пропускания требуется одновременная регулировка индуктивностей и емкостей всех контуров фильтра, что сильно усложняет устройство перестройки. Наличие в фильтрах паразитных емкостей и индуктивностей вынуждает использовать перестраивающие элементы, заземленные с одной стороны. Это позволяет уменьшить влияние паразитных элементов на характеристики фильтра. Передаточные функции цепей с заземленными с одной стороны колебательными контурами выражаются не полиномами, а дробями. При узкой полосе пропускания (до 10%) частотные характеристики рабочего затухания можно рассматривать какполиномиальные[2]. Фильтры, в которых используется только один видконтуров, называются квазиполиномиальными. На рис.4 показана схема квазиполиномиального полосового фильтра.

Для сохранения формы характеристики фильтра при перестройке необходимо соблюсти постоянство нагруженной добротности [2] :

о

<1> >

з 3

Рис.4.

Рассматривая выражение (2), можно прийти к выводу, что если С чисто активная величина, то, как и ранее было сказано, при перестройке необходимо, изменять два элемента контура. Введение элемента связи с нагрузкой позволяет получить частотно-зависимый характер нагрузки. При этом для перестройки в определенной полосе частот используется один элемент контура.

Исходный диапазон частот (1.5-30 МГц) разбивается на несколько поддиапазонов. При помощи индуктивности происходит перестройка от одного поддиапазона к другому (набор индуктивностей), внутри поддиапазона при помощи набора емкостей.

Библиографический список

1. Аржанов В. А. Электрические фильтры и линии задержки. Учебное пособие, -Омск, ОмПИ, 1984.-В8 с.

2. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. — М.: Связь, 1979,—128 с.

3. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи / Пер. с англ. Под ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. -М.: Связь, 1971.- 441 с.

НЕВОРОТОВ Алексей Борисович, аспирант второго года обучения кафедры средств связи.

Информация

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА»

При Новосибирском государственном техническом университете создано региональное отделение редакционного совета научно-технического журнала «Известия высших учебных заведений России - Радиоэлектроника». Журналимеет следующие разделы: 1. Электродинамика, микроволновая техника, антенны. 2. Теория сигналов. 3. Системы телекоммуникации, устройства передачи, приема и обработки сигналов. 4. Телевидение и обработка изображений. 5. Радиолокация и радионавигация. 6. Микроэлектроника. 7. Электроника СВЧ.

Требования к оформлению статей

Верстка журнала осуществляется с электронных копий. Используется компьютерная обработка штриховых и полутоновых (в градациях серого) рисунков. Журнал изготовляется по технологии офсетной печати.

В редакцию необходимо представить:

— статью в виде электронной копии (дискета 3,5" -1,44 Мбайт), в отдельных случаях (по предварительному согласованию) допустима передача по электронной почте (1 экз.);

— аннотацию на английском языке (1 экз.);

— экспертное заключение (1 экз.);

— справку обавторах (1 экз.);

— рекомендацию кафедры (отдела) к опубликованию (1 экз.);

— сопроводительное письмо (1 экз.).

• Текст желательно подготавливать с использованиемтекстового редактора, обеспечивающего набор текста, формул и таблиц, на IBM-совместимом компьютере (например, Microsoft Word for Windows) и производить распечатку налазерном принтере. Печатать через 2 интервала; шрифт Times New Roman (Су г) 12 pt.; размер полей 2,5 см с каждой стороны. Ссылки на формулы и таблицы даются в круглых скобках, ссылки на использованные источники (литературу) — в квадратных прямых. Применяемые в тексте математические обозначения равенства, подобия, соотношений множеств и их элементов, логических функций и кванторов следует повторить наполях с указанием «математический знак». Знаки' штрих, ° град, 0, римские цифры, дефис, другие специальные знаки необходимо повторить на полях с текстовой расшифровкой. Второй экземпляр текста подписывается всеми авторами.

• Сноски помечаются в тексте надстрочной цифрой (со скобкой или без нее) либо «звездочкой» и внутри статьи имеют сквозную нумерацию.

• Рисунки (изобразительные оригиналы), таблицы могут быть выполнены с использованием графических редакторов на компьютере, черной тушью на белой бумаге либо в виде фотографий на матовой бумаге (предпочтителен формат 9x12 см), качество рисунков, существующих только в виде твердой копии, должно допускать качественное воспроизведение с использованием сканера. Могут быть вставлены в текст в ближайшем месте от ссылки на них либо место их размещения помечается на левом поле страницы в прямоугольной рамке. Вне зависимости от наличия в тексте к каждому экземпляру статьи дубликаты рисунков и таблиц должны быть представлены на отдельных листах, на обороте которых указываются порядковый номер и фамилия автора (мягким карандашом, не повреждающим лицевую сторону листа). Рисунки не имеют названия и подрисуночной подписи; содержание рисунка раскрывается в тексте статьи. Должен быть порядковый номер (например, рис. 1, табл. 3); необходимо выдерживать единый стиль их оформления; при одном рисунке (таблице) он номера не имеет! ссылка на него в тексте дается в виде «на рисунке» («в таблице»),

• Формулы, на которые имеются ссылки в тексте, нумеруются в порядке их появления в тексте одной цифрой, заключенной в круглые скобки, выровненной по правой границе текста. Как правило, формулы выносятся отдельной строкой и располагаются по центру текста, в тексте же допустимо расположение только однострочных выражений, не имеющих ссылки. Могут быть вписаны тушью либо напечатаны. Количество строк и разрядка печа ти должны обеспечивать четкое чтение всех знаков разметки.

Подробнее с требованиями можно ознакомиться в редакции «ОНВ».

Головная редакция журнала "Радиоэлектроника": 197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, 5, СПбГЭТУ-I Fax (812)346-27-58. '