Полосовой перестраиваемый lc-фильтр

Полосовой перестраиваемый lc-фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции сигналов в корреспондентской аппаратуре связи.

В аппаратных средствах магистральной радиосвязи для предварительной селекции сигналов частот используют перестраиваемые по частоте полосовые LC-фильтры, которые реализуются на основе полосовых LC-фильтров путем изменения величин конденсаторов, входящих в состав исходной схемы.

В предлагаемом устройстве использована схема, которая при введении четырех дополнительных элементов позволяет реализовать полосовой перестраиваемый фильтр второго порядка с полюсами затухания.

Наиболее близкой по структуре к предлагаемому устройству является схема, состоящая из каскадного включения фильтра нижних частот (ФНЧ) и полосовой цепи, при этом ФНЧ содержит первую катушку индуктивности, первый вывод которой является входом фильтра нижних частот и подключен к входной потенциальной клемме устройства, второй вывод этой катушки индуктивности соединен со второй и третьей катушками индуктивности, второй вывод второй катушки индуктивности через первый конденсатор соединен с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности является выходом фильтра нижних частот и подключен ко входу полосовой цепи, состоящей из четвертой катушки индуктивности, первый вывод которой является входом полосовой цепи, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, первый вывод четвертой катушки индуктивности соединен с первым выводом пятой катушки индуктивности, второй вывод которой через второй конденсатор подключен к выходу полосовой цепи, к потенциальной клемме устройства и к шестой катушке индуктивности, второй вывод которой соединен с общей шиной.

Фрагменты этой цепи (ФНЧ и полосовой фильтр) являются известными [1]. Данная схема, как отмечалось выше, является наиболее близкой к заявляемому решению по структуре и выбрана нами в качестве прототипа.

Данная схема содержит два конденсатора и может реализовать полосовую цепь с одним полюсом затухания.

Задача изобретения - получение более высокой избирательности и расширение функциональных возможностей (возможность перестройки по частоте).

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее ФНЧ, состоящий из первой катушки индуктивности, первый вывод которой является входом фильтра нижних частот и подключен к входной потенциальной клемме устройства, второй вывод этой катушки индуктивности соединен со второй и третьей катушками индуктивности, второй вывод второй катушки индуктивности через первый конденсатор соединен с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности является выходом фильтра нижних частот и подключен ко входу полосовой цепи, состоящей из четвертой катушки индуктивности, первый вывод которой является входом полосовой цепи, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, первый вывод четвертой катушки индуктивности соединен с первым выводом пятой катушки индуктивности, второй вывод которой через второй конденсатор подключен к выходу полосовой цепи, к потенциальной клемме устройства и к шестой катушке индуктивности, второй вывод которой соединен с общей шиной, дополнительно введены седьмая и восьмая катушки индуктивности, а также первый и второй варикапы, при этом седьмая катушка индуктивности одним выводом подключена к входной потенциальной клемме фильтра, а вторым подключена к общей шине, восьмая катушка индуктивности подключена к выходу фильтра нижних частот, второй ее вывод соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, первый варикап подключен параллельно первому конденсатору, второй варикап подключен параллельно второму конденсатору.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены седьмая и восьмая катушки индуктивности, а также первый и второй варикапы, при этом седьмая катушка индуктивности одним выводом подключена к входной потенциальной клемме фильтра, а вторым подключена к общей шине, восьмая катушка индуктивности подключена к выходу фильтра нижних частот, второй ее вывод соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, первый варикап подключен параллельно первому конденсатору, второй варикап подключен параллельно второму конденсатору.

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

На фиг.1 приведена электрическая схема заявляемого устройства. Устройство состоит из ФНЧ, содержащего первую катушку индуктивности 1, подключенных к ней второй 2 и третьей 3 катушек индуктивности, второй вывод второй катушки индуктивности через первый конденсатор 4 соединяется с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с первым выводом четвертой 5 и пятой 6 катушками индуктивности полосовой цепи, второй вывод четвертой катушки индуктивности 5 соединен с общей шиной, второй вывод пятой катушки индуктивности 6 через второй конденсатор 7 соединен с шестой катушкой индуктивности 8 и выходной потенциальной клеммой устройства, второй вывод шестой катушки индуктивности соединен с общей шиной. Дополнительная седьмая катушка индуктивности 9 подключена ко входной потенциальной клемме фильтра, второй вывод этой катушки соединен с общей шиной, восьмая дополнительная катушка индуктивности 10 соединяет вход и выход полосовой цепи, первый варикап 11 подключен параллельно первому конденсатору 4, второй варикап 12 подключен параллельно второму конденсатору 7. Устройство работает следующим образом.

Полученную после введения дополнительных катушек индуктивности 9 и 10 схему можно представить в виде каскадного соединения двух звеньев полосовых фильтров, каждое из звеньев эквивалентно симметричной мостовой схеме, приведенной на фиг.2.

Схема на фиг.2 представляет собой полосовой фильтр первого класса по затуханию и обеспечивает один полюс затухания, который может быть расположен выше или ниже полосы пропускания, в зависимости от выбранных значений элементов.

Элементы схемы могут быть определены по следующим формулам:

L 1 = Z m m ω 0 L 4 = Z m ⋅ 2 Δ ω ω 0 2 m

L 2 = Z m ω 0 m C 4 = m 2 Z m Δ ω

Здесь ω₀ - средняя частота;

Δω - полоса пропускания;

Z_m- номинальное характеристическое сопротивление;

m = ω 2 2 − ω ∞ 2 ω 1 2 − ω ∞ 2 - коэффициент, характеризующий положение полюса затухания;

ω_∞ - частота полюса затухания;

ω₁, ω₂ - частоты краев полосы пропускания. Если выбрать частоту полюса затухания выше полосы пропускания, то m<1. В этом случае L₂>L₁, и, вынося за пределы мостовой схемы индуктивность L₁, получим схему, приведенную на фиг.3.

Преобразуя двухполюсник, состоящий из ΔL, 2С₄ и L 4 2 , получим эквивалентный двухполюсник, состоящий из последовательного контура, который содержит индуктивность L₆ и емкость С₆ и параллельно подключенную к контуру индуктивность L₅ [2]. Разделив индуктивность L₅ на две равные по величине и параллельно включенные индуктивности L₅₁=L₅₂-2L₅ (см. фиг.4), и введя идеальные трансформаторы между последовательным контуром и индуктивностями L₁÷L₅₁ на входе и индуктивностями L₅₂ и L₁ на выходе, используя известные преобразования Нортона [2], получим схему, приведенную на фиг.5.

Если частоту полюса затухания выбрать ниже полосы пропускания, получим m>1. В этом случае L₁>L₂. Вынося за пределы моста индуктивность L2, как последовательную ветвь, а затем ΔL=L₁-L₂ как параллельную ветвь, получим схему, приведенную на фиг.6.

В этой схеме величина индуктивности L₀ определяется формулой

L 0 = Δ L ⋅ L 4 Δ L − L 4   ( 1 )

Величина L₀ будет положительной при условии, когда m > 1 + 2 Δ ω ω 0 .

Затем, как и в предыдущем случае, используя преобразование Нортона, получим схему, приведенную на фиг.7.

Четырехэлементный двухполюсник, содержащий индуктивность L₈, L₉ и конденсатор С9, заменим эквивалентным трехэлементным, содержащим параллельную индуктивность, получим схему, показанную на фиг.8.

Таким образом, соединяя схемы, приведенные на фиг.4 и 8, получаем схему фиг.1, в которой первое звено реализует полюс затухания выше частоты ω₀, второе - ниже частоты ω₀.

Подключение варикапов позволяет изменять величины входящих в схему емкостей и тем самым перестраивать среднюю частоту фильтра.

Источники информации

1. Босый Н.Д. Электрические фильтры. Гостехиздат УССР, Киев, 1959 (стр.131, рис.3.1 и стр.169, рис.3.29).

2. Черне Х.И. Индуктивные связи и трансформации в электрических фильтрах. Связьиздат, М., 1962 (стр.245, 300).

Полосовой перестраиваемый LC-фильтр, содержащий фильтр нижних частот, состоящий из первой катушки индуктивности, первый вывод которой является входом фильтра нижних частот и подключен к входной потенциальной клемме устройства, второй вывод этой катушки индуктивности соединен со второй и третьей катушками индуктивности, второй вывод второй катушки индуктивности через первый конденсатор соединен с общей шиной, второй вывод третьей катушки индуктивности является выходом фильтра нижних частот и подключен ко входу полосовой цепи, состоящей из четвертой катушки индуктивности, первый вывод которой является входом полосовой цепи, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен с общей шиной, первый вывод четвертой катушки индуктивности соединен с первым выводом пятой катушки индуктивности, второй вывод которой через второй конденсатор подключен к выходу полосовой цепи, к потенциальной клемме устройства и к шестой катушке индуктивности, второй вывод которой соединен с общей шиной, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены седьмая и восьмая катушки индуктивности, а также первый и второй варикапы, при этом седьмая катушка индуктивности одним выводом подключена к входной потенциальной клемме фильтра, а вторым подключена к общей шине, восьмая катушка индуктивности подключена к выходу фильтра нижних частот, второй ее вывод соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, первый варикап подключен параллельно первому конденсатору, второй варикап подключен параллельно второму конденсатору.