Полосовой lc-фильтр с режекцией сосредоточенных помех в рабочей полосе частот

Полосовой lc-фильтр с режекцией сосредоточенных помех в рабочей полосе частот

Реферат

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано как входное устройство в профессиональных радиоприемниках.

В настоящее время в состав многоканальных KB радиоприемных устройств включают входные устройства, являющиеся элементами защиты от радиолокационных помех, и от блокирующего воздействия сигналов собственных передатчиков, наводящихся на приемных антеннах.

Для этой цели могут быть использованы дискретно переключаемые или перестраиваемые полосовые фильтры. Известен также фильтр [1], состоящий из каскадного соединения первого полосового фильтра, содержащего на входе фильтр верхних частот и подключенного к нему фильтра нижних частот и второго полосового фильтра, содержащего фильтр нижних частот и подключенного к его выходу фильтра верхних частот, в состав этого фильтра входят две группы катушек индуктивности, из которых первая подключена ко входу первого фильтра нижних частот, а вторая группа катушек индуктивности подключена к выходу второго фильтра нижних частот, ко вторым выводам катушек индуктивности через коммутатор подключаются соответствующие конденсаторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной. Такое устройство обеспечивает при соответствующей настройке режекцию заданной частоты.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому фильтру и выбрано в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является то, что максимальная ширина полосы задерживания реализуется в пределах 0,3÷0,5% от заданной рабочей частоты при уровнях затухания 20 дБ. При увеличении полосы режекции требуется увеличить расстройку режекторных контуров, включенных на входе и выходе. В этом случае затухание в полосе режекции уменьшается, поскольку два последовательных контура (входной и выходной) при малом вносимом затухании ФНЧ, включенном между ними, имеют малую степень развязки, и оказываются включенными параллельно. Между частотами последовательных резонансов образуется параллельный резонанс, что приводит к увеличению входного сопротивления этих двухполюсников и, следовательно, к уменьшению затухания в полосе режекции.

Задача изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик устройства (увеличение ширины полосы режекции, увеличение уровня затухания в полосе задерживания, расширение диапазона рабочих частот, уменьшение КСВ т.д.).

Поставленная задача решается путем введения каскадно развязанной реализации двух перестраиваемых по частоте режекторных фильтров, средние частоты которых отличаются друг от друга.

Для этой цели в устройство, содержащее первый фильтр нижних частот (ФНЧ), ко входу которого подключена одна или несколько катушек индуктивности первой группы, а также второй фильтр нижних частот, к выходу которого подключены катушки индуктивности второй группы, а также фильтр верхних частот (ФВЧ), выход которого является выходом устройства, дополнительно введен усилитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, а выход усилителя соединен со входом второго фильтра нижних частот, кроме того, ко второму выводу каждой из катушек индуктивности первой группы подключен электронный ключ, при этом две или более катушек индуктивности, с подключенными к ним электронными ключами, образуют первую секцию, в которой вторые выводы электронных ключей соединены между собой и являются выходом секции, остальные катушки индуктивности первой группы с подключенными к ним электронными ключами также объединены в секции, идентичные по структуре первой секции, выход каждой секции подключен ко входу соответствующего дискретного конденсатора переменной емкости, к каждой из катушек второй группы подключен электронный ключ, и они совместно с подключенными электронными ключами соединены в секции, идентичные по структуре первой секции, выход каждой из секций второй группы подключен к конденсатору, второй вывод которого соединен со входом соответствующего дискретного конденсатора переменной емкости, каждый из упомянутых дискретных конденсаторов переменной емкости содержит N электронных ключей, первые выводы которых подключены ко входу данного дискретного конденсатора переменной емкости, второй вывод каждого из электронных ключей через соответствующий конденсатор соединен с общей шиной.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введен усилитель, вход которого подключен к выходу первого ФНЧ, а его выход соединен со входом второго ФВЧ, ко второму выводу каждой из катушек индуктивности первой группы подключен электронный ключ, при этом две или более катушек индуктивности, с подключенными к ним электронными ключами, образуют первую секцию, в которой вторые выводы электронных ключей соединены между собой и являются выходом секции, остальные катушки индуктивности первой группы с подключенными к ним электронными ключами также объединены в секции, идентичные по структуре первой секции, выход каждой секции подключен ко входу соответствующего дискретного конденсатора переменной емкости, к каждой из катушек второй группы подключен электронный ключ, и они совместно с подключенными электронными ключами соединены в секции, идентичные по структуре первой секции, выход каждой из секций второй группы подключен к конденсатору, второй вывод которого соединен со входом соответствующего дискретного конденсатора переменной емкости, каждый из упомянутых дискретных конденсаторов переменной емкости содержит N электронных ключей, первые выводы которых подключены ко входу данного дискретного конденсатора переменной емкости, второй вывод каждого из электронных ключей через соответствующий конденсатор соединен с общей шиной.

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в науке и технике, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На фигуре приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из первого ФНЧ 1, вход которого соединен с входной потенциальной клеммой устройства и с катушками индуктивности первой группы 2, вторые выводы каждой из катушек индуктивности первой группы соединены с электронными ключами 3, несколько катушек индуктивности первой группы совместно с подключенными к ним электронными ключами объединены в секции 4, идентичные по структуре, в каждой из секций вторые выводы электронных ключей соединены и являются выходом данной секции, каждый из выходов секции подключен к дискретному конденсатору переменной емкости (ДКПЕ) 5, выход первого ФНЧ 1 подключен к усилителю 6, выход которого подключен ко входу второго ФНЧ 7, выход которого подключен ко входу ФВЧ 8, выход которого является выходом устройства. К выходу второго ФНЧ 7 подключены катушки индуктивности второй группы 9, ко второму выводу каждой из этих катушек индуктивности подключены электронные ключи 10. Катушки индуктивности второй группы с подключенными к ним электронными ключами объединены в секции 11, идентичные по структуре секциям первой группы 4, к выходу каждой из секций 11 подключен конденсатор 12, второй вывод каждого из конденсаторов 12 подключен к соответствующему ДКПЕ 13. Каждый из указанных ДКПЕ содержит N электронных ключей 14, первые выводы которых объединены и являются входом ДКПЕ, вторые выводы ключей 14 через соответствующий конденсатор 15 соединены с общей шиной.

Устройство работает следующим образом.

Каскадное включение первого ФНЧ, усилителя, второго ФНЧ и ФВЧ образуют полосовую цепь с заданными параметрами амплитудно-частотной характеристики по затуханию в полосах задерживания и коэффициентом передачи в рабочей полосе частот.

При замыкании одного из ключей какого-либо ДКПЕ первой группы, например первого (остальные ключи находятся в разомкнутом состоянии), первая катушка индуктивности через соответствующий конденсатор ДКПЕ соединяется с общей шиной. Образовавшийся последовательный контур на частоте резонанса имеет значительно меньшее сопротивление по сравнению с входным сопротивлением первого ФНЧ и, следовательно, обеспечивает некоторую полосу режекции. При подключении одной из индуктивностей второй группы через соответствующий ДКПЕ получим последовательный контур, частота которого отличается от частоты последовательного резонанса входного режекторного контура. Поскольку эти две цепи являются развязанными усилителем, их характеристики затухания суммируются и результирующая ширина полосы задерживания расширяется (по сравнению с полосой режекции, обеспечиваемой одним контуром).

Если требуется обеспечить режекцию на двух частотах, дополнительно включается вторая пара режекторных контуров (одного на входе, а второго на выходе). Изменение частоты настройки обеспечивается соответствующим выбором емкости ДКПЕ. Команды включения на ключи ДКПЕ подаются с общего устройства управления. Общее число таких пар определяется числом частот, которые нужно подавлять одновременно.

Катушки индуктивности, входящие в секции, позволяют при большом коэффициенте перекрытия рабочего диапазона частот использовать один и тот же ДКПЕ путем замены катушки индуктивности в данной секции. Реализация ДКПЕ с отношением максимальной его емкости к минимальной больше десяти приводит к ухудшению характеристик фильтра (при больших значениях емкости ДКПЕ потери ключей ухудшают добротность конденсатора, минимальное значение емкости ДПКЕ ограничивается суммарной паразитной емкостью ключей). Число катушек индуктивности, входящих в секцию, определяет число поддиапазонов, на которое делится заданный рабочий диапазон перестройки режекторов. Число секций определяется числом частот, которые необходимо подавлять одновременно.

Выбирая величину индуктивности режекторного контура, работающего на входе, больше, чем величина индуктивности выходного режекторного контура, возможно обеспечить необходимую расстройку этих контуров по частоте при одинаковых ДКПЕ на входе и выходе. При перестройке вверх по частоте величина относительной расстройки будет сохраняться неизменной. При большом коэффициенте перекрытия в заданном поддиапазоне это может привести к некоторому ухудшению затухания в полосе режекции (на верхних частотах).

Введение конденсатора 10 приводит к тому, что при перестройке вверх относительная частота расстройки выходного режекторного контура будет уменьшаться. Это позволяет уменьшить относительную расстройку между парой режекторных контуров и улучшить затухание в полосе режекции.

Таким образом, введение дополнительного усилителя позволяет получать более широкие полосы режекции и большее затухание в полосах задерживания по сравнению с фильтро-прототипом. Первый ФНЧ может быть выполнен более простым по сравнению со вторым ФНЧ и обеспечить меньшее вносимое затухание, в связи с этим коэффициент стоячей волны можно получить более близким к единице.

Введение конденсаторов 10 улучшает технологичность изготовления и настройки всего устройства, позволяет унифицировать входящие в фильтр ДКПЕ.

Источники информации

1. Патент №2349026 от 12.02.2007 г. «Электрический фильтр с компенсацией помех в рабочей полосе частот». Авторы: Насонова Л.В., Половнёв А.В., Ясинский И.М., Яковлев А.Н.

Полосовой LC-фильтр, содержащий первый фильтр нижних частот, ко входу которого подключена первая группа катушек индуктивности, второй фильтр нижних частот, к выходу которого подключены вторая группа катушек индуктивности, а также фильтр верхних частот, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что вход первого фильтра нижних частот является входом устройства, к выходу первого фильтра нижних частот подключен усилитель, выход которого соединен со входом второго фильтра нижних частот, ко второму выводу каждой из катушек индуктивности первой группы подключен электронный ключ, при этом две или более катушек индуктивности с подключенными к ним электронными ключами образуют первую секцию, в которой вторые выводы электронных ключей соединены между собой и являются выходом секции, остальные катушки индуктивности первой группы с подключенными к ним электронными ключами также объединены в секции, идентичные по структуре первой секции, выход каждой секции подключен ко входу соответствующего дискретного конденсатора переменной емкости, к каждой из катушек второй группы подключен электронный ключ, и они совместно с подключенными электронными ключами соединены в секции, идентичные по структуре первой секции, выход каждой из секций второй группы подключен к конденсатору, второй вывод которого соединен со входом соответствующего дискретного конденсатора переменной емкости, каждый из упомянутых дискретных конденсаторов переменной емкости содержит N электронных ключей, первые выводы которых подключены ко входу данного дискретного конденсатора переменной емкости, второй вывод каждого из электронных ключей через соответствующий конденсатор соединен с общей шиной.