Октавный фильтр

Октавный фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках.

Широкополосные усилители мощности коротковолнового диапазона содержат переключаемые октавные фильтры подавления гармоник несущей частоты. Они представляют собой дуплексеры - параллельно соединенные по входу фильтр нижних частот (ФНЧ), нагрузкой которого является высокочастотный фидер с антенной, и фильтр верхних частот (ФВЧ), нагруженный на балластное сопротивление.

Известны фильтры подавления гармоник несущей частоты, например Патент США №371569, Патент РФ №5880 от 06.03.2006.

Наиболее близким по технической сущности является октавный фильтр Патент РФ №130166 от 10.07.2013.

Недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что длительность переходного процесса (Е.И. Манаев. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1985. Стр. 18.) при переходе с одной рабочей частоты на другую может превышать допустимое время перестройки частоты передатчика при его работе в радиолинии с адаптацией по частоте.

Целью изобретения является снижение времени переходного процесса в выходной цепи усилителя мощности широкополосного радиопередатчика, содержащего октавный фильтр.

Поставленная цель достигается тем, что в октавный фильтр, содержащий фильтры нижних и верхних частот, широкополосное согласующее устройство, двухполупериодный выпрямитель с конденсатором, дросселем и ограничительным диодом, дополнительно включена фазосдвигающая цепь, причем вход фазосдвигающей цепи соединен параллельно с фильтром верхних частот октавного фильтра и выходом широкополосного усилителя мощности, а ее выход соединен со входом фильтра нижних частот октавного фильтра.

Структурная схема устройства изображена на Фиг. 1. В соответствии с ней устройство состоит из следующих функциональных узлов и элементов:

1 - фазосдвигающая цепь;

2 - фильтр низких частот;

3 - фильтр верхних частот;

4 - широкополосное согласующее устройство;

5 - двухполупериодный выпрямитель;

Z_A - комплексное сопротивление антенны;

С - накопительная емкость;

Др. - дроссель;

Д - ограничительный диод.

Работа схемы осуществляется следующим образом.

Сигнал на частотах высших гармоник с выхода усилителя мощности проходит через ФВЧ «3», прозрачный для этих частот и непрозрачный для частоты первой гармоники, и далее к элементам в цепи подавления высших гармоник.

Первая гармоника с выхода усилителя мощности проходит на вход фазосдвигающей цепи «1» и далее через ФНЧ «2», прозрачный для этой частоты и непрозрачный для высших гармоник, и поступает на нагрузку Z_A. Наличие реактивных элементов в этой цепи приводит к появлению переходного процесса. При этом постоянная времени цепи τ, характеризующая переходной процесс, пропорциональна величинам емкости C и индуктивности L в цепи: τ=RC; τ=L/R. Время переходного процесса чаще всего определяется величиной t=3τ, при которой напряжение (ток) в цепи достигает 95% конечного (установившегося) значения.

Величина τ определяется значениями величин активной составляющей R и реактивной составляющей C либо L на входе фильтра нижних частот октавного фильтра. Выходная цепь типового широкополосного передатчика позволяет представить ее в виде эквивалентной длинной линии. Входное сопротивление нагруженной длинной линии с распределенными параметрами рассчитывается по формуле (А.Ф. Белецкий Основы теории линейных электрических цепей. - М.: Связь, 1967. стр. 373):

где: Z_B - волновое сопротивление длинной линии, подключаемой к усилительному элементу; p - модуль коэффициента отражения от нагрузки; α - погонное затухание; β=2π/λ - погонный сдвиг фазы; l - физическая длина длинной линии.

При комплексном характере коэффициента отражения он может быть представлен модулем и фазой pe^-iϕ. Фазовый сдвиг ϕ может быть учтен в фазе βl. Погонное затухание α современных В.Ч. фидеров пренебрежимо мало и при относительно коротких фидерах может быть принято равным нулю. Активная составляющая определяется выражением:

Реактивная составляющая определяется выражением:

Величина реактивной составляющей входного сопротивления определяет величины емкости C и индуктивности L, поскольку X_ВХ=2πfL либо X_ВХ=1/2πfC, где f - рабочая частота.

С учетом выражений (2) и (3) аналитические выражения для постоянной времени при емкостном и индуктивном характерах нагрузки τ_C и τ_L имеют следующий вид:

Как видно из выражений (4) и (5), величины τ_C и τ_L будут максимальны при минимальных значениях рабочей частоты.

Для передатчиков коротковолнового диапазона минимальная частота принята равной 1,5 МГц. В расчетах максимальных значений переходных процессов учитывались значения sin(2βl)=1 при расчете τ_L. При расчете τ_C при 2βl, стремящемся к нулю, sin(2βl) стремится к бесконечности.

На Фиг. 2 приведены графики зависимости величин переходных процессов (в микросекундах) от коэффициента бегущей волны (КБВ) с учетом пересчета значений коэффициента отражений в значения КБВ, КБВ=(1-p)/(1+р).

Обозначения, принятые на Фиг. 2, следующие: τl1 - соответствует 3τ_L при частоте 1,5 Мгц; τl2 - соответствует 3τ_L при частоте 30,0 Мгц; τcl - соответствует 3τc при частоте 1,5 Мгц; τc2 - соответствует 3τc при частоте 30,0 Мгц; К - КБВ.

Как видно из анализа графиков, приведенных на Фиг. 2, наихудшим случаем, соответствующим максимальным значениям длительности переходного процесса, является случай, когда нагрузка усилительного элемента будет иметь емкостный характер. Длительность переходного процесса в этом случае может превышать 1000 микросекунд в интервале значений КБВ от 0,9 до 1 в случаях, когда при этом величина 2βl стремится к нулю. Изменив l, за счет включения в цепь первой гармоники последовательно с ФНЧ отрезок В.Ч. фидера, изменим величину sin(2βl) таким образом, что она будет равной или близкой к единице. Для реализации этого необходима предварительная градуировка передатчика на частотах конкретного октавного фильтра с измерением длительности переходного процесса. При условии появления величины длительности переходного процесса, превышающей допустимую, последовательно с ФНЧ дополнительно включается фазосдвигающая цепь (например, отрезок В.Ч. фидера). При включении дополнительного отрезка фидера его длина определяется из условия sin(2βl)=1. Из этого условия получаем 2πl/λ=(2к-1)0,25π и l=(2к-1)0,125λ.

Октавный фильтр, содержащий фильтры нижних и верхних частот, широкополосное согласующее устройство, двухполупериодный выпрямитель с конденсатором, дросселем и ограничительным диодом, отличающийся тем, что дополнительно включена фазосдвигающая цепь, причем вход фазосдвигающей цепи соединен параллельно с фильтром верхних частот октавного фильтра и выходом широкополосного усилителя мощности, а ее выход соединен со входом фильтра нижних частот октавного фильтра.