Перестраиваемый режекторный фильтр

Предлагаемая полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована во входных устройствах профессиональных радиоприемников.
Входные устройства радиоприемной аппаратуры связи часто выполняют в виде полосовых L С - фильтров, которые могут быть выполнены как каскадное соединение фильтров нижних и верхних частот. При этом в ряде случаев требуется подключать дополнительно режекторные фильтры, обеспечивающие подавление мощных сосредоточенных помех, например частот собственных близко расположенных передатчиков. Введение режекторных фильтров, являющихся достаточно сложными по структуре, приводит к увеличению неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в рабочей полосе частот и уменьшению коэффициента передачи.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение электрических параметров приемного тракта, а также расширение функциональных возможностей, а именно обеспечение оперативной перестройки режекторной цепи во время эксплуатации.
В качестве прототипа выбрана схема режекторного фильтра, приведенная в работе (1). Известное устройство содержит фильтр нижних частот, состоящий из нескольких каскадно включенных Т-образных звеньев, параллельно некоторым конденсаторам подключен режекторный двухполюсник, выполненный в виде пьезорезонатора. На частоте последовательного резонанса сопротивление пьезорезонатора уменьшается, шунтирует сопротивление ФНЧ и образует некоторую полосу режекции. Данная схема экономична, позволяет при большой добротности пьезорезонатора получить узкую полосу режекции и имеет достаточно большое затухание на частоте режекции. Недостатком прототипа является то, что средняя частота полосы режекции строго фиксирована и не может быть перестроена в процессе эксплуатации, а относительная ширина полосы режекции не превышает нескольких долей процента.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей, а именно обеспечение перестройки режекторного фильтра в процессе эксплуатации в широкой полосе рабочих частот, а также улучшение электрических параметров.
Поставленная задача решается тем, что у перестраиваемого режекторного фильтра, содержащего общую шину, входную потенциальную клемму, к которой подключен первый вывод первой катушки индуктивности, у которой второй вывод соединен с первым выводом первого реактивного двухполюсника и с первым выводом второй катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с конденсатором и первым выводом третьей катушки индуктивности, при этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, а второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с первыми выводами второго реактивного двухполюсника и четвертой катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, согласно предложению, первый и второй реактивные двухполюсники выполнены по одинаковым схемам, каждая из которых содержит подключенный к входу двухполюсника первый конденсатор, ко второму выводу которого подключены первые выводы второго конденсатора и нескольких катушек индуктивности, при этом второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, ко вторым выводам каждой из катушек индуктивности подключен первый вывод элетронного ключа, вторые выводы всех ключей соединены с первым выводом конденсатора переменной емкости, у которого второй вывод соединен с общей шиной.
Сущность полезной модели заключается в том, что у перестраиваемого режекторного фильтра первый и второй реактивные двухполюсники выполнены по одинаковым схемам, каждая из которых содержит подключенный к входу двухполюсника первый конденсатор, ко второму выводу которого подключены первые выводы второго конденсатора и нескольких катушек индуктивности, при этом второй вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, ко вторым выводам каждой из катушек индуктивности подключен первый вывод элетронного ключа, вторые выводы всех ключей соединены с первым выводом конденсатора переменной емкости, у которого второй вывод соединен с общей шиной.
При сравнении заявляемой полезной модели не только с прототипом, но и с другими известными в науке и технике техническими решениями, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемой полезной модели. Устройство содержит ФНЧ, в который входят общая шина 1, входная потенциальная клемма 2, первая 3, вторая 4, третья 5 и четвертая 6 катушки индуктивности, конденсатор 7, выходная потенциальная клемма 8, а также первый 9 и второй 10 реактивные двухполюсники. Первый вывод катушки индуктивности 3 подключен к входной потенциальной клемме 2, второй ее вывод соединен с первыми выводами первого реактивного даухполюсника 9 и катушки индуктивности 4. Второй вывод катушки индуктивности 4 соединен с первыми выводами катушки индуктивности 5 и конденсатора 7, у которого второй вывод соединен с общей шиной. Второй вывод катушки индуктивности 5 соединен с первыми выводами второго реактивного двухполюсника 10 и катушки индуктивности 6, у которой второй вывод соединен с выходной потенциальной клеммой 8. Вторые выводы реактивных двухполюсников 9 и 10 соединены с общей шиной. Режекторные реактивные двухполюсники 9 и 10 выполнены по идентичным схемам, каждая из которых содержит первый конденсатор 11, подключенный к первому выводу двухполюсника, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора 12 и с первыми выводами нескольких катушек индуктивности 13. Второй вывод конденсатора 12 соединен с общей шиной. К каждому второму выводу катушек индуктивности 13 подключен вход электронного ключа 14, у которого второй вывод соединен с первым выводом конденсатора переменной емкости 15. Второй вывод конденсатора 15 соединен с общей шиной.
Устройство работает следующим образом.
В исходном фильтре нижних частот, содержащем три звена, каждое из которых представляет Т-образную схему, в поперечной ветви которой включен конденсатор, а в двух продольных - индуктивность. При этом к конденсатору первого звена ФНЧ подключен последовательный контур с элементами L1 и С1. Такой же контур подключен параллельно конденсатору третьего звена ФНЧ. Емкость поперечной ветви ФНЧ Со совместно с параллельно подключенным контуром с элементами L1 и С1 может быть заменена эквивалентным двухполюсником с элементами Сн, С4, L2 и С2, как показано на фиг. 2. При этом элементы эквивалентного двухполюсника рассчитываются по следующим формулам:
Здесь
При введении указанной замены исходного двухполюсника получаем более удобные значения элементов. Индуктивность L1 может быть уменьшена до величины удобной для реализации, а емкость С1 увеличена. Величина q определяет необходимый коэффициент трансформации. При введении в исходную схему ФНЧ последовательного шунтирующего контура величина вносимого затухания может быть определена выражением, полученным по методике, приведенной в работе [1]
0
где R - сопротивление ФНЧ, подключенного к контуру,
K
Z - комплексное сопротивление контура. Для идеального последовательного контура можно его сопротивление представить в следующем виде:
где  - характеристическое сопротивление контура,
0
- относительная полоса частот при отстройке от ω.
При заданном затухании вносимом режекторным контуром <а>, относительная полоса задерживания γ может быть определена из формул (2) и (3).
а - вносимое затухание в неп.
0
0
Из этого выражения следует, что при заданном отношении R к ρ ширина полосы задерживания однозначно определяется величиной вносимого затухания. Изменяя отношение ρ/R, можно при затухании <а> получить необходимое значение…
1
2
Если задан уровень затухания, необходимый в полосе задерживания a, и уровень затухания, характеризующий неравномерность в исходный ФНЧ - а, то коэффициент прямоугольности АЧХ режекторного фильтра, состоящего из одного контура, определится формулой
1
2
п
Так, например, при а=20 дБ и а=3 дБ К=10
1
2
п
При использовании двух режекторных контуров их амплитудно-частотная характеристика суммируется. При этих же величинах a и a для двухконтурного фильтра получим К=4,7. В данной полезной модели использовано два режекторных контура, что в большинстве используемых на практике режекторных перестраиваемых фильтров является вполне допустимым. При изменении емкости С2 изменяется частота последовательного контура и, следовательно, средняя частота полосы режекции. Особенностью данной схемы является то, что абсолютная ширина полосы задерживания останется постоянной, поскольку при изменении емкости С2 одновременно и пропорционально величине  изменяются средняя частота и характеристическое сопротивление контура ρ.
При увеличении частоты перестройки относительная ширина полосы задерживания может уменьшиться настолько, что потребуется значительно увеличить добротность катушки индуктивности и увеличить точность настройки дискретного конденсатора переменной емкости. При смене катушки индуктивности на катушку с меньшей индуктивностью абсолютная ширина полосы режекции увеличивается, требование к добротности контура и точности настройки упрощается. При этом, как видно из соотношений (1), коэффициент трансформации q остается неизменным, что позволяет использовать тот же дискретный конденсатор переменной емкости в новом поддиапазоне частот.
Таким образом, в предлагаемой полезной модели реализуется перестраиваемый режекторный фильтр, позволяющий производить перестройку частоты в широком диапазоне частот (коэффициент перекрытия составляет 3-4) с достаточно высокими требованиями к его АЧХ.
Источники информации
1. Я.И. Великин и др. Пьезоэлектрические фильтры. Связь. М., 1966, С. 280, рис. 5.10/