ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО
FREQUENCY SELECTIVE DEVICE

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве перестраиваемого преселектора радиоприемных устройств или частотного селектора в возбудителях широкодиапазонных радиопередатчиков.
Известно частотно-селективное устройство в виде набора переключаемых субоктавных фильтров [1, с.112, рис.2.45]. Данное устройство обеспечивает минимальные изменения параметров в широком диапазоне частот, но не имеет достаточной избирательности. А увеличивать количество фильтров до нескольких десятков и при этом усложнять их для выполнения повышенных требований по избирательности (например, при отстройке на ±10% от частоты входного сигнала) практически нецелесообразно. Поэтому во входных цепях радиоприемных устройств применяют различные варианты контуров или фильтров, перестраиваемых при помощи конденсаторов переменной емкости [2, рис.46, рис.65]. Однако, одно- и двухконтурные частотно-селективные устройства не обеспечивают необходимой "диапазонности" - одного из основных качественных показателей перестраиваемого в диапазоне частот входного устройства радиоприемника [3, с.73]. Изменения параметров трехконтурных полосовых фильтров при перестройке в широком диапазоне частот значительно меньше, чем у двухконтурных фильтров [4].
Известно частотно-селективное устройство, представляющее собой полосовой фильтр, перестраиваемый в диапазоне частот 30…60 МГц при помощи конденсаторов переменной емкости [5, с.82.,.86, рис.5.7а]. На фиг.1 приведена схема этого частотно-селективного устройства, которое является наиболее близким к предлагаемому, так как содержит конденсаторы переменной емкости и четыре полосовых звена 1, соединенные последовательно, входное 2 и выходное 3 согласующие звенья, включенные соответственно на входе 4 и выходе 5 полосового перестраиваемого фильтра, при этом каждое полосовое звено содержит два связанных колебательных контура 6, каждый из которых содержит катушку индуктивности и конденсатор. Между контурами включена индуктивность связи 7.
Данное устройство имеет следующие недостатки. Во-первых, недостаточен частотный диапазон перестройки с коэффициентом перекрытия, по частоте равным двум, а его расширение приведет к ухудшению параметров частотно-селективного устройства на краях частотного диапазона. Во-вторых, прототип имеет сложную структуру, характеризующуюся наличием отводов у катушек индуктивности контуров и согласующих звеньев, что не обеспечивает качественную трансформацию на высокой частоте из-за малого коэффициента связи между частями обмоток и влиянием вторичных параметров. В результате связь между контурами становится частотно-зависимой, что приводит к значительным изменениям параметров известного устройства при его перестройке в широком диапазоне частот.
Задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот частотно-селективного устройства и минимизация изменений его параметров при перестройке.
Указанная задача решается тем, что в частотно-селективное устройство, содержащее конденсаторы переменной емкости и полосовой перестраиваемый фильтр, который содержит М полосовых звеньев, соединенных последовательно, входное и выходное согласующие звенья, включенные соответственно на входе и выходе перестраиваемого полосового фильтра, при этом каждое полосовое звено содержит два колебательных контура, каждый из которых содержит катушку индуктивности и конденсатор, причем между контурами включена индуктивность связи, введены дополнительно N-1 полосовых перестраиваемых фильтров, где N=1, 2, 3,… - количество частотных поддиапазонов, при этом каждый полосовой перестраиваемый фильтр содержит М полосовых звеньев, соединенных последовательно, где М=1, 2, 3,…, входное и выходное согласующие звенья, включенные соответственно на входе и выходе полосового перестраиваемого фильтра, при этом в каждом полосовом звене каждый колебательный контур выполнен в виде Г-образного полузвена с катушкой индуктивности в продольном плече и конденсатором в поперечном плече, причем катушки индуктивности Г-образных полузвеньев соединены друг с другом, а к точке их соединения подключен один вывод индуктивности связи, второй вывод которой соединен с общей шиной, кроме того, введены дополнительно (2М×N)+2N трехконтактных переключателей, при этом каждый конденсатор переменной емкости имеет возможность подключения параллельно конденсатору поперечного плеча Г-образного полузвена соответствующего полосового звена одного из N полосовых перестраиваемых фильтров через соответствующий трехконтактный переключатель и является общим для этих Г-образных полузвеньев, причем вход каждого полосового перестраиваемого фильтра подключен к входу частотно-селективного устройства через соответствующий входной трехконтактный переключатель, а выход каждого полосового перестраиваемого фильтра подключен к выходу частотно-селективного устройства через соответствующий выходной трехконтактный переключатель, при этом в каждом полосовом перестраиваемом фильтре все входные и выходные согласующие звенья выполнены в виде двухобмоточного трансформатора, а все полосовые звенья выполнены одинаковыми, причем емкость каждого конденсатора переменной емкости определяется по формуле:
0
max
2
С=C[(F/F)-1],
max
где F - максимальная частота включенного частотного поддиапазона;
F - частота настройки частотно-селективного устройства;
0
max
С - минимальная суммарная емкость каждого колебательного контура при F=F.
На фиг.2 приведена схема заявленного устройства. Частотно-селективное устройство содержит конденсаторы 8 переменной емкости и N полосовых перестраиваемых фильтров, где N=1, 2, 3,… - количество частотных поддиапазонов. Каждый из полосовых перестраиваемых фильтров содержит М полосовых звеньев 1, соединенных последовательно, входные 2 и выходные 3 согласующие звенья, включенные соответственно на входе и выходе перестраиваемого полосового фильтра, при этом в каждом полосовом звене 1 каждый колебательный контур 4 выполнен в виде Г-образного полузвена с катушкой индуктивности 5 в продольном плече и конденсатором 6 в поперечном плече, причем катушки индуктивности 5 Г-образных полузвеньев соединены друг с другом, а к точке их соединения подключен один вывод индуктивности связи 7, второй вывод которой соединен с общей шиной. Кроме того, в частотно-селективное устройство введены дополнительно (2М×N)+2N трехконтактных переключателей, при этом каждый конденсатор 8 переменной емкости имеет возможность подключения параллельно конденсатору 6 Г-образного полузвена соответствующего полосового звена 1 одного из N полосовых перестраиваемых фильтров через соответствующий трехконтактный переключатель 9 и является общим для этих Г-образных полузвеньев, причем вход каждого полосового перестраиваемого фильтра подключен к входу 10 частотно-селективного устройства через соответствующий входной переключатель 11, а выход каждого полосового перестраиваемого фильтра подключен к выходу 12 частотно-селективного устройства через соответствующий выходной переключатель 13.
Все входные 2 и выходные 3 согласующие звенья частотно-селективного устройства выполнены в виде двухобмоточного трансформатора.
В каждом полосовом перестраиваемом фильтре частотно-селективного устройства все полосовые звенья 1 выполнены одинаковыми, при этом емкость каждого конденсатора 8 переменной емкости определяется по формуле:
0
max
2
С=C[(F/F)-1],
max
где F - максимальная частота включенного частотного поддиапазона;
F - частота настройки частотно-селективного устройства;
0
max
С - минимальная суммарная емкость каждого колебательного контура при F=F.
Для повышения скорости перестройки частотно-селективного устройства конденсаторы 8 переменной емкости выполняются в виде дискретного конденсатора переменной емкости (ДКПЕ), представляющего собой набор переключаемых по бинарному закону конденсаторов.
Частотно-селективное устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии подвижные контакты всех переключателей 9, 11 и 13 замкнуты с неподвижными контактами, соединенными с общей шиной. При настройке частотно-селективного устройства на заданную частоту входного сигнала емкость конденсаторов 8 переменной емкости устанавливается равной расчетной (см. формулу) и включается соответствующий полосовой перестраиваемый фильтр, в частотном диапазоне перестройки которого находится частота входного сигнала. При этом подвижные контакты переключателей 9, 11 и 13, соответствующих включенному полосовому перестраиваемому фильтру, переводятся в другое положение и входной сигнал проходит на выход частотно-селективного устройства.
Предлагаемое частотно-селективное устройство имеет широкий диапазон перестройки благодаря наличию N полосовых перестраиваемых фильтров. Малые изменения параметров частотно-селективного устройства достигаются тем, что, во-первых, в каждом полосовом звене межконтурная связь выполнена в виде индуктивности связи, соединяющей точку соединения индуктивностей Г-образных полузвеньев с общей шиной. Величина индуктивной связи между контурами в заявленном устройстве от частоты не зависит, в отличие от прототипа, где для практической реализуемости индуктивности связи, которая в узкополосных фильтрах чрезмерно велика, требуется ее трансформация.
Во-вторых, входные и выходные согласующие звенья в заявленном устройстве выполнены в виде двухобмоточного трансформатора с коэффициентом связи, близким к единице, что обеспечивает необходимую трансформацию высокого входного и выходного сопротивления каждого полосового перестраиваемого фильтра практически без потерь. В-третьих, благодаря тому, что в заявленном устройстве все полосовые звенья в каждом полосовом перестраиваемом фильтре выполнены одинаковыми, обеспечивается точная первоначальная настройка всех контуров на заданные частоты входного сигнала, которая, в свою очередь, обеспечивает малые изменения параметров заявленного частотно-селективного устройства при его перестройке в диапазоне частот.
Источники информации
1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990.
2. Головин О.В. Системы автоматической настройки радиоприемных устройств магистральной связи. - М.: Связь, 1980.
3. Заварин Г.Д., Мартынов В.А., Федорцов Б.Ф. Радиоприемные устройства. - М.: Воениздат, 1973.
4. А.Г. Зиновьев, Анализ перестраиваемых полосовых фильтров на связанных контурах. - Техника средств связи, сер. ТРС, 1992, вып.9, с.42-55.
5. Народицкий А.И. Диапазонные антенные фильтры. - М.: Связь, 1978.