МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ СЕЛЕКТОР
MULTICHANNEL FREQUENCY DIVIDING SELECTOR

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора профессиональных радиоприемных устройств.
В профессиональной аппаратуре связи при построении преселекторов зачастую применяют набор полосовых фильтров, подключаемых к дифференциальной системе, которая состоит из многообмоточного трансформатора, имеющего первичную обмотку связи и две вторичные обмотки, соединяемые гальванически и подключенные к балансному резистору, полосовые фильтры при этом поделены на две группы, первая из которых подключена к одной вторичной обмотке, вторая группа фильтров подключена к другой вторичной обмотке [1].
Такое включение фильтров позволяет провести необходимое частотное разделение рабочего диапазона частот на несколько независимых и одновременно работающих каналов, причем такая система включения фильтров обеспечивает достаточно высокий уровень развязки между каналами, минимизируя влияние входных сопротивлений фильтров первой и второй группы друг на друга. Это устройство является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и выбрано нами в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является то. что такая система вносит дополнительное рабочее затухание в рабочих полосах каналов 3 дБ при условии, что трансформатор не имеет потерь, индуктивности его обмотки бесконечно велики, коэффициент связи между обмотками равен единице. В реальных условиях дифференциальный трансформатор увеличивает рабочее затухание до 5÷6 дБ [1], а с учетом потерь в элементах фильтров рабочее затухание может достигать 10 дБ и более.
Задача изобретения - уменьшение рабочего затухания в полосах пропускания селектора.
Поставленная задача решается тем, что в селектор, содержащий многообмоточный трансформатор, состоящий из первичной обмотки, одной или нескольких вторичных индуктивно связанных между собой обмоток, а также группу полосовых фильтров, входы которых подключены к вторичным обмоткам трансформатора, выходы полосовых фильтров являются независимыми выходами селектора, дополнительно введены первый и второй конденсаторы, при этом к первому выводу первичной обмотки трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора и второй вывод первичной обмотки трансформатора соединены с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой селектора и с первыми выводами третьего конденсатора и первой катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с общей шиной, к каждому из выводов вторичных обмоток трансформатора подключен полосовой фильтр, состоящий из четвертого конденсатора, ко второму выводу которого подключена вторая катушка индуктивности, второй вывод которой соединен с пятым конденсатором и третьей катушкой индуктивности, второй вывод которой соединен с шестым конденсатором, второй вывод которого соединен с седьмым конденсатором и четвертой катушкой индуктивности, при этом вторые выводы пятого и седьмого конденсаторов соединены с общей шиной, а второй вывод четвертой катушки индуктивности подключен к восьмому конденсатору, второй вывод которого является выходом данного фильтра и подключен к соответствующему потенциальному выходу селектора.
Сопоставительный анализ показывает, что заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй конденсаторы, при этом к первому выводу первичной обмотки трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора и второй вывод первичной обмотки трансформатора соединены с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой селектора и с первыми выводами третьего конденсатора и цервой катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с общей шиной, к каждому из выводов вторичных обмоток трансформатора подключен полосовой фильтр, состоящий из четвертого конденсатора, ко второму выводу которого подключена вторая катушка индуктивности, второй вывод которой соединен с пятым конденсатором и третьей катушкой индуктивности, второй вывод которой соединен с шестым конденсатором, второй вывод которого соединен с седьмым конденсатором и четвертой катушкой индуктивности, при этом вторые выводы пятого и седьмого конденсаторов соединены с общей шиной, а второй вывод четвертой катушки индуктивности подключен к восьмому конденсатору, второй вывод которого является выходом данного фильтра и подключен к соответствующему потенциальному выходу селектора.
При сравнении заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями известными в науке и технике, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого селектора, который состоит из многообмоточного трансформатора 1, и группы полосовых фильтров 2, при этом к первичной обмотке трансформатора подключены первый 3 и второй 4 конденсаторы, второй вывод конденсатора 4 соединен, с входной потенциальной клеммой селектора, а также с конденсатором 5 и с первой катушкой индуктивности 6. вторые выводы конденсаторов 3 и 5, катушки 6 и первичной обмотки трансформатора соединены с общей шиной, все полосовые фильтры имеют идентичную структуру, каждый из них содержит четвертый конденсатор 7 к которому подключена вторая катушка индуктивности 8, ко второму выводу которой подключены пятый конденсатор 9 и третья катушка индуктивности 10, второй вывод которой соединен с шестым конденсатором 11, к которому подключены седьмой конденсатор 12 и четвертая катушка индуктивности 13, второй вывод которой через седьмой конденсатор 14 соединен с выходом данного полосового фильтра и с одним из выходов селектора. Вторые выводы конденсаторов 9 и 12 соединены с обшей шиной.
Устройство работает следующим образом.
2
2
2
2
1
3
Если трансформатор считать идеальным (сопротивления его обмоток бесконечны), то два фильтра, подключенные к одной из вторичных обмоток, будут включены последовательно и входное сопротивление одного из них будет нагружено на активное сопротивление R источника сигнала, подключенного к первичной обмотке, и последовательно включенного реактивного сопротивления, которое имеет второй фильтр в полосе пропускания первого фильтра. В данном случае частоты срезов этой пары фильтров выбраны так. что их полосы пропускания примыкают друг к другу. Для представленной схемы реализации и выбранных таким образом частот среза входные характеристические сопротивления будут иметь вид, представленный на фиг.2. В полосе пропускания первого фильтра, настроенного ниже по частоте относительно второго фильтра, последовательно с сопротивлением источника сигнала R включено емкостное сопротивление второго фильтра. В полосе пропускания второго фильтра последовательно с сопротивлением R включено индуктивное сопротивление первого фильтра. Вблизи частоты ω влияние емкостной составляющей второго фильтра будет незначительным, поскольку сопротивление емкостной составляющей при приближении к частоте ω стремится к нулю. Индуктивное сопротивление первого фильтра вблизи частоты ω, также невелико и оказывает несущественное влияние на входное сопротивление второго фильтра. Поскольку емкостная составляющая второго фильтра и индуктивная первого являются частотно зависимыми величинами, и их сопротивление увеличивается при увеличении отстройки от частоты ω, их влияние на формирование амплитудно-частотной характеристики вблизи частот ω и ω возрастает. Однако это влияние может быть уменьшено, если емкость конденсатора 7 первого фильтра увеличить, а индуктивность 8 второго фильтра уменьшить. Такой метод настройки пары фильтров с соприкасающимися полосами пропускания был проверен экспериментально с применением фильтров, имеющих относительные полосы пропускания от 10% до 30%. Неравномерность АЧХ в полосах пропускания не превышала 1 дБ.
При необходимости число вторичных обмоток с подключенными к ним парами фильтров может быть увеличено. При этом эти пары фильтров включаются между собой параллельно, и при большом их количестве коэффициент передачи в диапазоне частот изменяется (уменьшается к краям общего рабочего диапазона частот). Включенный на входе полосовой фильтр, составленный из конденсаторов 3, 4, 5 катушки индуктивности 6 и индуктивности первичной обмотки трансформатора, помимо согласования системы фильтров с источником сигнала и получения наиболее приемлемых значений параметров трансформатора (индуктивность фильтра на его выходе шунтирует идеальный трансформатор) выполняет роль амплитудного выравнивателя. Коэффициент передачи при отстройке от его средней частоты может быть увеличен за счет соответствующего изменения коэффициента нагрузки и частот среза.
Использование схемы предложенного селектора было проверено экспериментально на группе фильтров УКВ-диапазона. При использовании катушек индуктивности с добротностью 100 ед. неравномерность АЧХ каждого из фильтров не превышала 1,5 дБ. Рабочее затухание в полосах пропускания различных фильтров отличается друг от друга не более чем на 2,5 дБ, рабочее затухание в полосах пропускания селектора не превышало 4 дБ.
Таким образом, схема предложенного селектора позволяет существенно улучшить коэффициент передачи в рабочих полосах частот по сравнению с многополосными устройствами частотного разделения каналов, выполненных на основе известных дифференциальных систем.
Источники информации
1. Плешков Н.Г., Зингеренко A.M., Лавриш B.C., Климович В.Ф., Изаксон Б.К. Техника дальней связи. Изд. ВКАС, Ленинград, 1951, стр.101-105, 277-279.