ПОЛОСОВОЙ LC-ФИЛЬТР С РЕГУЛИРУЕМОЙ ШИРИНОЙ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ
BAND-PASS LC-FILTER WITH CONTROLLED TRANSMISSION BANDWIDTH

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в профессиональных радиоприемных устройствах, в измерительной технике.
В современных приемопередающих устройствах магистральной радиосвязи используются различного вида селекторы, выполненнные с применением полосовых LC-фильтров, обеспечивающие подавление радиопомех и формирование спектров излучаемых сигналов. В качестве полосовых фильтров используется ряд известных схем, из которых наиболее близкой к предлагаемому решению является схема, состоящая из первой и второй катушек индуктивности, первые выводы которых соединены между собой и одновременно подключены к третьей катушке индуктивности и первому конденсатору, вторые выводы которых соединены с общей шиной [1], с.292, таблица 3.
Этот вариант схемы выбран в качестве прототипа, поскольку имеет более высокое затухание на частотах, расположенных выше полосы пропускания (в сравнении с другими звеньями полосовых LC-фильтров).
Недостатком этого фильтра является то, что он имеет первый класс по характеристическому сопротивлению и первый класс по затуханию, и может использоваться только для реализации постоянной полосы пропускания.
Задачей изобретения является улучшение коэффициента прямоугольности амплитудно-частотной характеристики фильтра и расширение его функциональных возможностей, а именно: обеспечение регулирования его ширины полосы пропускания в процессе эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первую и вторую катушки индуктивности, первые выводы которых соединены между собой и одновременно подключены к третьей катушке индуктивности и первому конденсатору, вторые выводы третьей катушки и конденсатора соединены при этом с общей шиной, дополнительно введены четвертая и пятая катушки индуктивности, второй и третий конденсаторы, первый и второй варикапы, при этом четвертая катушка индуктивности соединена с входной потенциальной клеммой фильтра, второй вывод этой катушки соединен со вторым выводом первой катушки индуктивности, со вторым конденсатором и первым варикапом, пятая катушка индуктивности подключена к выходной потенциальной клемме фильтра, второй вывод пятой катушки индуктивности соединен со вторым выводом второй катушки индуктивности, с третьим конденсатором и вторым варикапом, вторые выводы второго и третьего конденсаторов, а также первого и второго варикапов соединены с общей шиной.
Сопостовительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены четвертая и пятая катушки индуктивности, второй и третий конденсаторы, а также первый и второй варикапы, причем четвертая каушка индуктивности подключена к входной потенциальной клемме фильтра, второй вывод этой катушки соединен со вторым выводом первой катушки индуктивности, со вторым конденсатором и первым варикапом, пятая катушка индуктивности соединена с выходной потенциальной клеммой фильтра, второй вывод пятой катушки соединен со вторым выводом второй катушки индуктивности, с третьим конденсатором и вторым варикапом, вторые выводы второго и третьего конденсаторов, а также первого и второго варикапов подключены к общее шине.
При сравнениии заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фигуре 1 приведена электрическая схема предложенного устройства. Полосовой LC-фильтр с регулируемой шириной полосы пропускания состоит из первой катушки индуктивности 1, второй катушки индуктивности 2, первые выводы которых соединены и подключены к первым выводам третьей катушки индуктивности 3 и первого конденсатора 4, вторые выводы которых соединены с общей шиной, четвертая катушка индуктивности 5 подключена к входной потенциальной клемме фильтра, второй вывод этой индуктивности подключен ко второму выводу первой катушки и первым выводам второго конденсатора 6 и первого варикапа 7, пятая катушка индуктивности 8 подключена к выходной потенциальной клемме фильтра, второй вывод этой катушки соединен со вторым выводом второй катушки 2, с первыми выводами второго конденсатора 9 и второго варикапа 10, вторые выводы конденсаторов 6 и 9 и варикапов 7 и 10 соединены с общей шиной.
Устройство работает следующим образом.
a
в
a
в
Часть фильтра, состоящая из индуктивных элементов 1, 2, 3 и конденсаторов 4, 6, 9, представляет собой симметричную цепь (катушки индуктивности 1 и 2, равно как и конденсаторы 6 и 9 выбираются равными) и в соответствии с теоремой бисекции Бартлетта [2] стр.170÷174 может быть представлена в виде симметричного мостового эквивалента, в ветви которого включены реактивные сопротивления Z и Z. Частотные зависимости сопротивлений Z и Z показаны на фигуре 2а, на фигуре 2б показана частотная зависимость характеристического сопротивления этого фильтра.
1
3
2
2
н1
н2
н1
н2
0
0
0
2
0
0
2
0
0
Как видно из графиков фигуры 2 полоса пропускания фильтра расположена между частотами ω и ω, фильтр имеет второй класс по сопротивлению и второй класс по затуханию, в то время как прототипы имеют первый класс по затуханию и первый класс по сопротивлению. По сравнению с прототипом он имеет большее затухание в полосе задерживания и более крутые скаты характеристики рабочего затухания. Кроме того, характеристический фазовый сдвиг на частоте ω равен π радиан. Это, в свою очередь, означает, что при выборе нагрузок фильтра на входе и выходе произвольным образом, но равными друг другу, рабочее затухание фильтра на частоте ω будет равно нулю (см. формулы 4.1 и 4.2 с.194 [3]). Следовательно, в данной схеме одновременное изменение нагрузочных сопротивлений на входе R и выходе R, при условии, что R=R=R<Z (здесь Z - характеристическое сопротивление фильтра на частоте ω, см. фигуру 2a) приводит к уменьшению полосы пропускания фильтра вследствие увеличения отношения Z/R (что также следует из формулы 4.1 и 4.2 [3]) при отстройке от частоты ω. Это положение проверено экспериментально, при этом уменьшение полосы пропускания фильтра практически пропорционально отношению Z/R.
Для того чтобы устанавливать необходимые нагрузочные сопротивления фильтра при неизменных значениях внешних нагрузочных сопротивлений в устройствах, где эксплуатируется фильтр, на входе и выходе предлагаемого устройства введены звенья фильтров нижних частот (ФНЧ), каждое из которых выполнено в виде катушки индуктивности и варикапа. При изменении емкости варикапа изменяется частота среза ФНЧ и изменяется входное сопротивление с П-образной стороны ФНЧ.
Было установлено, что для фильтра на частоту 30 МГц с полосой пропускания 1 МГц при изменении емкостей ФНЧ от 6 до 21 пФ при индуктивности каждого из них 2,4 мкГн полоса пропускания уменьшилась 9 раз.
Таким образом, изменяя величину управляющего напряжения на варикапах в предложенной схеме фильтра, можно в достаточно широких пределах регулировать ширину полосы пропускания.
Источники информации
1. Черне Х.И. Индуктивные связи и трансформации в электрических фильтрах. Связьиздат, 1962.
2. Гиллемин Е.А. Синтез пассивных цепей. Изд. «Связь», М., 1970.
3. Белецкий А.Ф. Теоретические основы электропроводной связи, ч. III. Синтез реактивных четырехполюсников и электрических фильтров. Связьиздат, 1959.