ФИЛЬТР ГАРМОНИК КОРОТКОВОЛНОВОГО ПЕРЕДАТЧИКА
HARMONIC FILTER FOR 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 коротковолновых радиопередатчиков обычно применяются фильтры нижних частот (ФНЧ) [1]. 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 в пределах 1,4…1,8, то есть для коротковолнового передатчика, перекрывающего диапазон частот 1,5…30 МГц, потребуется от девяти до пяти фильтров соответственно, причем чем меньше количество фильтров, тем сложнее их структура. Поддиапазонные фильтры переключаются, как правило, при помощи реле, включенных на входе и выходе каждого фильтра.
Главными недостатками фильтров гармоник на основе переключаемых ФНЧ являются сложность в настройке, а также необходимость высокой точности изготовления катушек индуктивности и применения конденсаторов с малыми отклонениями емкости от номинальных значений, то есть более дорогих. В противном случае не удается обеспечить необходимый уровень согласования фильтра гармоник, так как коэффициент бегущей волны (КБВ) на входе фильтра гармоник наиболее чувствителен к точности его настройки. Кроме того, фильтры гармоник на основе переключаемых ФНЧ имеют большие габаритные размеры и массу, поскольку из всего набора переключаемых фильтров в работе находится только один [1].
В [2] проблему увеличенных размеров и массы фильтра гармоник решили следующим образом: уменьшили количество ФНЧ для диапазона частот 1,6…30 МГц до двух, но все L- и С-элементы выполнили переменными. Это устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.
Анализ прототипа показал, что при перестройке в диапазоне частот он не обеспечивает достаточного согласования и повышения КБВ в каждой его достаточно широкой полосе пропускания. Кроме того, большое число перестраиваемых элементов значительно усложняет процесс настройки фильтра гармоник при изготовлении, повышая его трудоемкость.
Более рационально проблему согласования фильтра гармоник можно решить, взяв за основу не ФНЧ, а полосовые перестраиваемые фильтры, и обеспечивать согласование только на частоте передаваемого сигнала.
Задача изобретения - обеспечение согласования фильтра гармоник во всем рабочем диапазоне частот радиопередатчика при одновременном упрощении процессов настройки при изготовлении и перестройке фильтра гармоник во время работы в составе передатчика.
Указанная задача решается тем, что в фильтр гармоник коротковолнового передатчика, содержащий N переключаемых по входу и выходу при помощи входных и выходных переключателей LC-фильтров, каждый из которых содержит первую и вторую катушки индуктивности в продольных плечах, соединенные между собой, и конденсатор, включенный между точкой соединения катушек индуктивности и общей шиной, при этом каждый входной переключатель включен между входным разъемом и первой катушкой индуктивности соответствующего LC-фильтра, а каждый выходной переключатель включен между второй катушкой индуктивности соответствующего LC- фильтра и выходным разъемом, введен дополнительно конденсатор переменной емкости, общий для всех LC-фильтров, а в каждый LC-фильтр введен понижающий автотрансформатор, вторичная обмотка которого подключена параллельно конденсатору, при этом первичная обмотка автотрансформатора подключена к конденсатору переменной емкости через один из N дополнительно введенных переключателей, причем конденсатор переменной емкости преимущественно выполнен в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления.
На чертеже приведена схема заявленного устройства в исходном состоянии. Фильтр гармоник коротковолнового передатчика содержит N переключаемых по входу и выходу при помощи входных 1 и выходных 2 переключателей LC-фильтров 3, каждый из которых содержит первую 4 и вторую 5 катушки индуктивности в продольных плечах, соединенные между собой, и конденсатор 6, включенный между точкой соединения катушек индуктивности и общей шиной, при этом каждый входной переключатель 1 включен между входным разъемом 7 и первой катушкой индуктивности 4 соответствующего LC-фильтра 3, а каждый выходной переключатель 2 включен между второй катушкой индуктивности 5 соответствующего LC-фильтра 3 и выходным разъемом 8. Дополнительно введен конденсатор 9 переменной емкости, общий для всех LC-фильтров, а в каждый LC-фильтр введен понижающий автотрансформатор 10, вторичная обмотка которого подключена параллельно конденсатору 6, при этом первичная обмотка автотрансформатора 10 подключена к конденсатору 9 переменной емкости через один из N дополнительно введенных переключателей 11. Конденсатор переменной емкости выполнен в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления 12.
Фильтр гармоник представляет собой набор из N полосовых перестраиваемых LC-фильтров с асимметричной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), приближающейся к АЧХ ФНЧ, то есть затухание в полосе задерживания справа от частоты настройки значительно больше (на десятки дБ) затухания в полосе задерживания слева от частоты настройки. Кроме того, в полосе задерживания справа от частоты настройки имеем полюс затухания, частота которого зависит от величины коэффициента связи между обмотками автотрансформатора и при определенном его значении может совпадать с частотой третьей гармоники передаваемого сигнала. Каждый полосовой LC-фильтр перестраивается в соответствующем ему поддиапазоне частот.
Фильтр гармоник коротковолнового передатчика работает следующим образом.
Выходной сигнал усилителя мощности передатчика вместе с гармоническими составляющими сигнала поступает на входной разъем 7 фильтра гармоник, предварительно включенного и настроенного на частоту сигнала. Частота основного сигнала находится в полосе частот одного из поддиапазонов, поэтому при помощи устройства управления 12 включены соответствующие включенному поддиапазону входной 1 и выходной 2 переключатели, а конденсатор 9 переменной емкости подключен к первичной обмотке соответствующего включенному поддиапазону автотрансформатора 10 через соответствующий переключатель 11. На конденсаторе 9 переменной емкости при помощи устройства управления 12 предварительно установлено значение емкости, обеспечивающее настройку фильтра гармоник на заданную частоту. В результате сигнал проходит на выходной разъем 8 фильтра гармоник через соответствующий LC-фильтр 3 с минимальными потерями и максимальным КБВ на частоте настройки.
Заявленный фильтр гармоник коротковолнового передатчика обеспечивает согласование во всем рабочем диапазоне частот на любой из частот настройки и, как результат, уменьшение затухания сигнала. Одновременно фильтр гармоник обеспечивает повышенную избирательность, причем благодаря асимметричной АЧХ включенного перестраиваемого полосового фильтра, приближающейся к АЧХ ФНЧ, уровень гармонических составляющих сигнала на выходе фильтра гармоник достаточно низкий. Кроме того, затухание второй и в большей степени третьей гармоник сигнала увеличивается благодаря наличию полюса затухания, частота которого зависит от величины коэффициента связи между обмотками автотрансформатора. Можно отметить еще одно достоинство заявленного фильтра гармоник - уровень третьей гармоники сигнала на выходе более чем на 20 дБ меньше, чем уровень второй гармоники, что компенсирует обратное соотношение гармоник на выходе усилителя мощности. Кроме того, заявленный фильтр гармоник по сравнению с обычными фильтрами гармоник на основе переключаемых ФНЧ обеспечивает исключение трудоемкой операции настройки фильтра гармоник при его изготовлении. Настройка осуществляется программным способом в автоматическом режиме до получения максимального значения КБВ на каждой задаваемой с определенным шагом частоте настройки. Результаты настройки сохраняются в устройстве управления и используются во время работы фильтра гармоник в составе передатчика. При таком способе настройки не требуется применение в фильтре гармоник конденсаторов с малыми отклонениями емкости от номинальных значений.
Заявленный фильтр гармоник может быть применен также в качестве входного устройства радиоприемника, причем в случае узкой полосы пропускания асимметрия АЧХ полосового перестраиваемого фильтра выражена слабо.
Источники информации
1. 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.-c.205...208.
2. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990.-c.l31.