ФИЛЬТР ГАРМОНИК КОРОТКОВОЛНОВОГО ПЕРЕДАТЧИКА
HARMONIC FILTER OF SHORT-WAVE TRANSMITTER

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в фильтрах гармоник усилителей мощности широкодиапазонных радиопередатчиков, а также во входных цепях радиоприемников.
Для передачи высокочастотных сигналов с подавленными до требуемого уровня гармоническими составляющими в фильтрах гармоник (ФГ) коротковолновых радиопередатчиков обычно применяются полосовые субоктавные фильтры или фильтры нижних частот (ФНЧ) [1]. Поддиапазонные фильтры переключаются, как правило, при помощи реле, включенных на входе и выходе каждого фильтра. Исходя из требований к фильтрации высших гармоник, начиная со второй, фильтры проектируются на заданное значение затухания в полосе задерживания. При этом коэффициент перекрытия поддиапазонов по частоте выбирают обычно от 1,4 до 1,8. Известно, что из ФНЧ наилучшими по наименьшему количеству реактивных элементов при заданных параметрах являются так называемые ФНЧ Кауэра [2].
Однако любые из этих фильтров [1, 2] имеют один существенный недостаток - большую неравномерность входного и выходного сопротивления в полосе задерживания фильтра включенного поддиапазона. В зависимости от схемы фильтров их входное и выходное сопротивления за пределами полосы пропускания значительно отличаются от выходного сопротивления усилителя мощности (УМ) в ту или иную сторону. Несогласованный режим работы предварительных или выходных каскадов УМ на частотах гармонических составляющих сигнала приводит к отражению гармоник от фильтра к УМ, что значительно ухудшает режим работы усилителя, снижая его спектральные и энергетические характеристики. Не менее вредно отсутствие согласования на частотах гармонических составляющих сигнала со стороны выхода ФГ в случае его включения перед выходными каскадами УМ.
Отделить рабочую полосу частот от частот гармонических составляющих полезных сигналов можно известным способом - при помощи параллельно соединенных по входу ФНЧ и фильтра верхних частот (ФВЧ) [3].
Частично проблему согласования можно решить, применяя в качестве ФГ устройство разделения сигналов, представленное в [4]. Данное устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.
Существенный недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает согласованный режим работы ФГ и последующих каскадов в рабочем диапазоне частот и на частотах гармонических составляющих выходного сигнала радиопередатчика и не обеспечивает достаточного подавления гармоник.
Задача изобретения - обеспечение согласования фильтра гармоник по входу и по выходу во всем рабочем диапазоне частот радиопередатчика и на частотах гармонических составляющих передаваемого сигнала при одновременном снижении уровня гармоник.
Указанная задача решается тем, что в фильтр гармоник коротковолнового передатчика, содержащий частотно-разделительное устройство, состоящее из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот, соединенных на входе параллельно и образующих вход частотно-разделительного устройства, и балластного сопротивления, подключенного к выходу фильтра верхних частот, введены дополнительно N-1 частотно-разделительных устройств, при этом в каждое из N частотно-разделительных устройств введены дополнительный фильтр нижних частот и дополнительный фильтр верхних частот, соединенные на выходе параллельно и образующие выход частотно-разделительного устройства, причем выход основного фильтра нижних частот соединен с входом дополнительного фильтра нижних частот, а к выходу дополнительного фильтра верхних частот подключено дополнительное балластное сопротивление, при этом вход каждого частотно-разделительного устройства подключается к входу фильтра гармоник через входной трехконтактный переключатель, один из неподвижных контактов которого соединен с входом фильтра гармоник, а второй неподвижный контакт соединен с общей шиной и нормально замкнут с подвижным контактом, соединенным с входом частотно-разделительного устройства, а выход каждого частотно-разделительного устройства подключается к выходу фильтра гармоник через выходной трехконтактный переключатель, один из неподвижных контактов которого соединен с выходом фильтра гармоник, а второй неподвижный контакт соединен с общей шиной и нормально замкнут с подвижным контактом, соединенным с выходом частотно-разделительного устройства.
На фиг.1 приведена схема заявленного устройства в исходном состоянии. Фильтр гармоник коротковолнового передатчика содержит N частотно-разделительных устройств 1, перекрывающих в сумме весь требуемый диапазон рабочих частот устройства. Каждое частотно-разделительное устройство 1 содержит фильтр нижних частот 2 и фильтр верхних частот 3, соединенные на входе параллельно и образующие вход частотно-разделительного устройства 1, и балластное сопротивление 4, подключенное к выходу фильтра верхних частот 3. Каждое частотно-разделительное устройство 1 содержит дополнительный фильтр нижних частот 5 и дополнительный фильтр верхних частот 6, соединенные на выходе параллельно и образующие выход частотно-разделительного устройства 1, и дополнительное балластное сопротивление 7, подключенное к выходу фильтра верхних частот 6, при этом выход основного фильтра нижних частот 2 соединен с входом дополнительного фильтра нижних частот 5. Каждое частотно-разделительное устройство 1 содержит входной 8 и выходной 9 трехконтактные переключатели, в каждом из которых один из неподвижных контактов соединен с общей шиной и нормально замкнут с подвижным контактом, соединенным с входом или выходом частотно-разделительного устройства 1 соответственно. При этом второй неподвижный контакт входного трехконтактного переключателя 8 соединен с входом 10 фильтра гармоник, а второй неподвижный контакт выходного трехконтактного переключателя 9 соединен с выходом 11 фильтра гармоник.
Фильтр гармоник коротковолнового передатчика работает следующим образом.
Выходной сигнал усилителя мощности вместе с гармоническими составляющими сигнала поступают на вход 10 фильтра гармоник. Частота основного сигнала находится в полосе пропускания предварительно включенного при помощи входного 8 и выходного 9 трехконтактных переключателей соответствующего частотно-разделительного устройства 1. В результате сигнал проходит на выход 11 фильтра гармоник через основной 2 и дополнительный 5 фильтры нижних частот. Частоты гармонических составляющих сигнала находятся в полосе задерживания включенного частотно-разделительного устройства, поэтому уровень гармонических составляющих сигнала на выходе 11 фильтра гармоник очень низкий. При этом гармонические составляющие сигнала, частоты которых находятся в полосе пропускания основного 3 и дополнительного 6 фильтров верхних частот включенного частотно-разделительного устройства 1, проходят через эти фильтры и выделяются на балластных сопротивлениях 4 и 7 соответственно.
На фиг.2 представлена упрощенная схема частотно-разделительного устройства 1. На фиг.3 изображен самый простой вариант частотно-разделительного устройства 1, используемый в настоящее время в фильтре гармоник предварительного усилителя мощного коротковолнового передатчика.
Заявленный фильтр гармоник коротковолнового передатчика обеспечивает согласование по входу и выходу во всем рабочем диапазоне частот и на частотах гармонических составляющих передаваемого сигнала. Согласованный режим работы усилителя мощности на частотах гармонических составляющих сигнала существенно снижает его коэффициент комбинационных нелинейных искажений. Одновременно в каждом включенном поддиапазоне фильтр гармоник обеспечивает повышенную избирательность благодаря применению дополнительных фильтра нижних частот и фильтра верхних частот.
Заявленный фильтр гармоник может быть применен также в качестве широкополосного входного устройства радиоприемника. В этом случае высокочастотные внеполосные помехи, присутствующие в групповом сигнале, поглощаются балластными сопротивлениями 4 и 7, чем устраняются нежелательные переотражения на входе радиоприемного устройства.
Источники информации
1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: пер. с нем. - М., 1990. - С.112, с.117.
2. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др. Под ред. В.В.Шахгильдяна. 3-е изд., перераб. и доп. - М: Радио и связь, 2003. - С.207.
3. Босый Н.Д. Электрические фильтры. 3-е изд. - Киев: Государственное изд-во технической литературы, 1959. - С.522…535.
4. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1983. - C.77.