ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ КОММУТИРУЕМЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 1997 года по МПК H03H7/12 H04B1/18 

Изобретение относится к технике радиосвязи и предназначено для использования в качестве входного частотно-селективного устройства радиоприемников, а также в качестве выходного частотно-селективного устройства широкодиапазонных радиопередатчиков.

Известен широкодиапазонный коммутируемый фильтр, содержащий N каналов, при этом каждый канал содержит трехзвенный полосовой фильтр и два ключевых элементов (авт. св. N 1427579, кл. H 04 B 1/18, 1988) [1]
Однако, известное устройство имеет ограниченную избирательность, так как каждый полосовой фильтр содержит только два связанных колебательных контура, т.е. имеет первый класс по затуханию.

Наиболее близким к предлагаемому является широкодиапазонный коммутируемый фильтр (авт. св. N 1392621, кл. H 04 B 1/18, 1988) [2]
Известный широкодиапазонный коммутируемый фильтр содержит N каналов, каждый из которых включает в себя полосовой фильтр, выполненный в виде первого, второго, третьего полосовых звеньев и первый, второй ключевые элементы, включенные между общей шиной и соответственно выходом первого и входом третьего полосовых звеньев, причем входы первых полосовых звеньев полосовых фильтров всех каналов соединены и являются общим входом, а выходы третьих полосовых звеньев полосовых фильтров всех каналов соединены и являются выходом широкодиапазонного коммутируемого фильтра. Известный широкодиапазонный коммутируемый фильтр имеет ограниченную избирательность, так как число полос пропускания равно числу каналов N и единственный способ повышения избирательности путем уменьшения полос пропускания в рамках известного устройства увеличение числа каналов.

Цель изобретения повышение избирательности без увеличения числа каналов.

Цель достигается тем, что у широкодиапазонного коммутируемого фильтра, содержащего N каналов, каждый из которых включает в себя полосовой фильтр, выполненный в виде первого, второго, третьего полосовых звеньев, и первый, второй ключевые элементы, включенные между общей шиной и соответственно выходом первого и входом третьего полосовых звеньев, причем входы первых полосовых звеньев полосовых фильтров всех каналов соединены и являются входом, а выходы третьих полосовых звеньев полосовых фильтров всех каналов соединены и являются выходом широкодиапазонного коммутируемого фильтра, при этом в полосовых фильтрах всех каналов первое и третье полосовые звенья выполнены на основе Г-образного полузвена, продольное плечо которого является в первом полосовом звене входом, а в третьем выходом этих полосовых звеньев, причем второе полосовое звено в каждом канале выполнено в виде первого и второго параллельных LC-контуров, первые выводы которых подключены соответственно к выходу первого и входу третьего полосовых звеньев, при этом во втором полосовом звене полосового фильтра N-го канала второй вывод параллельного LC-контура соединен с общей шиной, согласно предмета изобретения, во втором полосовом звене i-го (i= 1, 2, 3,(N-1)) канала второй вывод первого параллельного LC-контура соединен с первым выводом второго параллельного LC-контура, второй вывод которого соединен с первым выводом первого параллельного LC-контура второго полосового звена полосового фильтра (i+1)-го канала, при этом в полосовом фильтре каждого канала выход Г-образного полузвена первого полосового звена соединен со вторым выводом первого параллельного LC-контура второго полосового звена через введенный первый конденсатор связи, а в полосовом фильтре каждого канала, кроме N-го, вход Г-образного полузвена третьего полосового звена соединен со вторым выводом второго параллельного LC-контура второго полосового звена через введенный второй конденсатор связи, а также введен первый дополнительный полосовой фильтр, выход которого соединен с выходом третьего полосового звена полосового фильтра первого канала, а вход с первым выводом первого параллельного LC-контура второго полосового звена полосового фильтра первого канала, при этом первый дополнительный полосовой фильтр выполнен на Г-образном полузвене и параллельном LC-контуре, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является входом первого дополнительного полосового фильтра и через конденсатор связи соединен с выходом Г-образного полузвена, продольное плечо которого является выходом первого дополнительного полосового фильтра.

Указанная цель достигается также тем, что введен второй дополнительный полосовой фильтр, вход которого соединен со входом полосового фильтра первого канала, при этом первый дополнительный полосовой фильтр выполнен на Г-образном полузвене и параллельном LC-контуре, первый вывод которого является входом первого дополнительного полосового фильтра и через первый конденсатор связи, а второй вывод через второй конденсатор связи соединен с входом Г-образного полузвена, продольное плечо которого является выходом первого дополнительного полосового фильтра, при этом второй дополнительный полосовой фильтр выполнен на Г-образном полузвене и параллельном LC-контуре, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является выходом второго дополнительного полосового фильтра, подключен к первому выводу параллельного LC-контура первого дополнительного полосового фильтра и через ключевой элемент соединен с общей шиной, продольное плечо Г-образного полузвена второго дополнительного полосового фильтра является его входом, а выход этого Г-образного полузвена через конденсатор связи соединен со вторым выводом параллельного LC-контура второго дополнительного полосового фильтра.

При этом число полос пропускания широкодиапазонного коммутируемого фильтра равно 2N в случае введенного первого дополнительного полосового фильтра и (2N+1) при наличии первого и второго дополнительных полосовых фильтров, т.е. в 2 раза больше, чем у прототипа.

Сущность изобретения состоит в том, что полосовой фильтр каждого канала состоит из двух частей с примерно одинаковыми полосами пропускания, причем одна часть включает в себя первое полосовое звено и первый контур второго полосового звена, а вторая часть второй контур второго полосового звена и третье полосовое звено. Полоса пропускания одной части полосового фильтра i-го канала сдвинута относительно полосы пропускания второй его части, а также относительно второй части полосового фильтра (i-1)-го канала. В результате каждая результирующая полоса пропускания, которая возникает при одновременном включении частей полосового фильтра или соответствующих частей полосовых фильтров соседних каналов, в два раза меньше полосы пропускания каждой из этих частей полосовых фильтров. Благодаря последовательному соединению всех параллельных LC-контуров всех вторых полосовых звеньев, а также тому, что каждая точка соединения этих контуров соединена одновременно с выходом Г-образного полузвена соответствующего первого звена и с входом Г-образного полузвена соответствующего третьего полосового звена, через конденсатор связи осуществляется формирование полос пропускания с шириной в 2 раза меньшей.

На фиг.1 приведена электрическая принципиальная схема широкодиапазонного коммутируемого фильтра, содержащего N каналов и обеспечивающего получение 2N полос пропускания; на фиг.2 соответственно N каналов и 2N+1 полос пропускания.

Широкодиапазонный коммутируемый фильтр (фиг. 1) содержит N каналов 1, каждый из которых включает в себя полосовой фильтр, выполненный в виде первого 2, второго 3, третьего 4 полосовых звеньев, и первый 5, второй 6 ключевые элементы, включенные между общей шиной и соответственно между выходом первого и входом третьего полосовых звеньев. Входы первых полосовых звеньев 2 полосовых фильтров всех каналов соединены и являются входом 7, а выходы третьих полосовых звеньев 4 полосовых фильтров всех каналов соединены и являются выходом 8 широкодиапазонного коммутируемого фильтра. В полосовых фильтрах всех каналов первое 2 и третье 4 полосовые звенья выполнены на основе Г-образного полузвена 9 и 10 соответственно, продольное плечо которого является в первом полосовом звене входом, а в третьем выходом этих полосовых звеньев. Второе полосовое звено 3 в каждом канале выполнено в виде первого 11 и второго 12 параллельных LC-контуров, первые выводы которых подключены соответственно к выходу первого 2 и входу третьего 4 полосовых звеньев. Во втором полосовом звене 3 полосового фильтра N-го канала 1 второй вывод второго параллельного LC-контура 12 соединен с общей шиной.

Во втором полосовом звене 3 i-го канала 1 второй вывод первого параллельного LC-контура 11 соединен с первым выводом второго параллельного LC-контура 12, второй вывод которого соединен с первым выводом первого параллельного LC-контура 11 второго полосового звена 3 (i+1)-го канала. В полосовом фильтре каждого канала выход Г-образного полузвена 9 первого полосового звена 2 соединен со вторым выводом первого параллельного LC-контура 11 второго полосового звена 3 через введенный первый конденсатор связи 13, а в полосовом фильтре каждого канала кроме N-го вход Г-образного полузвена 10 третьего полосового звена 4 соединен с вторым выводом параллельного LC-контура 12 второго полосового звена 3 через введенный второй конденсатор связи 14. Также введен первый дополнительный полосовой фильтр, выход которого соединен с выходом третьего полосового звена 4 полосового фильтра первого канала, а вход с первым выводом первого параллельного LC-контура 11 второго полосового звена 3 полосового фильтра первого канала.

Первый дополнительный полосовой фильтр 15 выполнен на Г-образном ползуне 16 и параллельном LC-контуре 17, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является входом первого дополнительного полосового фильтра 15 и через конденсатор связи 18 соединен с входом Г-образного полузвена 16, продольное плечо которого является выходом первого дополнительного полосового фильтра.

В широкодиапазонный коммутируемый фильтр (фиг.2) введен второй дополнительный полосовой фильтр 19, вход которого соединен с входом полосового фильтра первого канала, при этом первый дополнительный полосовой фильтр 15 выполнен на Г-образном полузвене 16 и параллельном LC-контуре 17, первый вывод которого является входом первого дополнительного фильтра и через первый конденсатор связи 20, а второй вывод через второй конденсатор связи 21 соединен с входом Г-образного полузвена 16, продольное плечо которого является выходом первого дополнительного полосового фильтра 15. Второй дополнительный полосовой фильтр 19 выполнен на Г-образном полузвене 22 и параллельном LC-контуре 23, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является выходом второго дополнительного полосового фильтра 19, подключен к первому выводу параллельного LC-контура 17 первого дополнительного полосового фильтра 15 и через ключевой элемент 24 соединен с общей шиной. Продольное плечо Г-образного полузвена 22 второго дополнительного полосового фильтра 19 является его входом, а выход этого Г-образного полузвена через конденсатор связи 25 соединен с вторым выводом параллельного LC-контура 23 второго дополнительного полосового фильтра 19.

К входу 7 и выходу 8 широкодиапазонного коммутируемого фильтра (фиг.1, 2) подключены корректирующие двухполюсники 26 и 27, каждый из которых состоит из одного параллельного и двух последовательных колебательных контуров, соединенных параллельно.

Широкодиапазонный коммутируемый фильтр работает следующим образом (фиг. 1).

Пусть сигнал находится в первой полосе пропускания заявленного устройства. В этом случае контакты первого ключевого элемента 5 первого канала разомкнуты, а всех остальных замкнуты. Сигнал с входа 7 широкодиапазонного коммутируемого фильтра проходит на его выход 8 через первую часть полосового фильтра первого канала, т. е. через первое полосовое звено 2 и первый параллельный LC-контур 11 второго полосового звена 3, и далее через первый дополнительный полосовой фильтр 15. Полоса пропускания первой части полосового фильтра первого канала примерно равна полосе пропускания первого дополнительного полосового фильтра, при этом данные полосы пропускания сдвинуты друг относительно друга наполовину. В результате первая полоса пропускания заявленного устройства заключена между нижней граничной частотой полосы пропускания первой части полосового фильтра и верхней граничной частотой полосы пропускания первого дополнительного полосового фильтра. Выходы первых полосовых звеньев 2 во всех каналах, кроме первого, и входы третьих полосовых звеньев 4 во всех каналах соединены с общей шиной через замкнутые контакты ключевых элементов 5 и 6, поэтому указанные полосовые звенья выполняют роль режекторных LC-контуров, каждый из которых настроен на среднюю частоту полосы пропускания соответствующей части полосового фильтра соответствующего канала. Емкости всех конденсаторов связи нерабочих каналов входят в состав емкостей соответствующих режекторных LC-контуров. Емкость введенного первого конденсатора связи 13 полосового фильтра первого канала входят в состав емкости Г-образного полузвена 9 первого полосового звена 2, так как этот конденсатор подключен к общей шине через ключевой элемент 6 полосового фильтра первого канала.

Таким образом, частотная характеристика затухания широкодиапазонного коммутируемого фильтра с включенной первой полосой пропускания имеет полюсы затухания на всех граничных частотах нерабочих поддиапазонов (полос пропускания), лежащих за пределами рабочего поддиапазона.

Пусть сигнал находится во второй полосе пропускания заявленного устройства, расположенной между нижней граничной частотой полосы пропускания второй части полосового фильтра первого канала и верхней граничной частотой полосы пропускания первой части полосового фильтра первого канала, уже принимавшей участие в формировании первой полосы пропускания широкодиапазонного коммутируемого фильтра. В этом случае разомкнуты контакты ключевого элемента 6 полосового фильтра первого канала, а всех остальных - замкнуты. Сигнал со входа 7 широкодиапазонного коммутируемого фильтра проходит на его выход 8 через первое полосовое звено 2, второе полосовое звено 3 и третье полосовое звено 4 полосового фильтра первого канала. При этом емкости конденсатора связи первого полосового звена 2 и второго введенного конденсатора связи 14 входят в состав емкостей соответствующих Г-образных полузвеньев, так как эти конденсаторы подключены к общей шине через ключевые элементы 5 первого и второго каналов соответственно.

Аналогично происходит формирование частотных характеристик затухания в других поддиапазонах широкодиапазонного коммутируемого фильтра, т. е. формирование остальных полос пропускания заявленного устройства.

Аналогично работает и широкодиапазонный коммутируемый фильтр, представленный на фиг.2. Однако, в этом случае формирование первой полосы пропускания происходит при разомкнутых контактах ключевого элемента 24 второго дополнительного полосового фильтра 19, и сигнал с входа 7 широкодиапазонного коммутируемого фильтра на его выход 8 проходит через второй 19 и первый 15 дополнительные полосовые фильтры. При этом емкость второго конденсатора связи 21 первого дополнительного фильтра 15 входит в состав емкости Г-образного полузвена 16, так как этот конденсатор подключен к общей шине через ключевой элемент 5 полосового фильтра первого канала.

Эффективность заявленного широкодиапазонного коммутируемого фильтра при использовании его в качестве входного частотно-селективного устройства радиоприемника по сравнению с прототипом, имеющим такое же число каналов, заключается в том что:
повышается избирательность устройства благодаря увеличению числа полос пропускания вдвое и уменьшению каждой полосы пропускания в два раза:
уменьшается неравномерность коэффициента передачи устройства;
уменьшается зависимость параметров устройства от температуры и других дестабилизирующих факторов;
сохраняются уровни напряжений и мощностей сигналов на элементах полосовых фильтров несмотря на уменьшение полос пропускания в два раза (при равенстве полос пропускания заявленного устройства и прототипа напряжения и мощности на элементах полосовых фильтров уменьшаются в два раза).

Очевидно, что приведенные выше преимущества заявленного устройства сохраняются и при его использовании в качестве выходного частотно-селективного устройства радиопередатчика.

Использование: в качестве входного частотно-селективного устройства радиоприемника, а также в качестве выходного частотно-селективного устройства широкодиапазонного радиопередатчика. Сущность изобретения: повышение избирательности достигается тем, что широкодиапазонный коммутируемый фильтр содержит N каналов, каждый из которых содержит полосовой фильтр, выполненный в виде трех последовательно соединенных полосовых звеньев. Входы первых и выходы третьих полосовых звеньев всех каналов объединены и являются соответственно входом и выходом широкодиапазонного коммутируемого фильтра. В каждом полосовом фильтре второе полосовое звено содержит два параллельных колебательных контура, а первое и третье полосовые звенья содержат соответственно на входе и выходе Г-образное полузвено. Все параллельные колебательные контуры вторых полосовых звеньев всех каналов соединены между собой последовательно, а каждая точка соединения этих контуров соединена с общей шиной через соответствующий коммутационный элемент, при этом каждый вывод (кроме двух, соединенных с общей шиной) каждого параллельного контура соединен с выходом или входом соответствующих Г-образных полузвеньев через конденсаторы связи, причем в каждом полосовом фильтре частоты настройки первого и третьего полосовых звеньев смещены относительно друг друга на полосу пропускания полосового фильтра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Широкодиапазонный коммутируемый фильтр, содержащий N каналов, каждый из которых включает в себя полосовой фильтр, выполненный в виде первого - третьего полосовых звеньев, и первый и второй ключевые элементы, включенные между общей шиной и соответственно выходом первого и входом третьего полосовых звеньев, причем входы первых полосовых звеньев полосовых фильтров всех каналов соединены и являются входом, а выходы третьих полосовых звеньев полосовых фильтров всех каналов соединены и являются выходом широкодиапазонного коммутируемого фильтра, при этом в полосовых фильтрах всех каналов первое и третье полосовые звенья выполнены на основе Г-образного полузвена, продольное плечо которого является в первом полосовом звене входом, а в третьем выходом этих полосовых звеньев, причем второе полосовое звено в каждом канале выполнено в виде первого и второго параллельных LC-контуров, первые выводы которых подключены соответственно к выходу первого и входу третьего полосовых звеньев, при этом во втором полосовом звене полосового фильтра N-го канала второй вывод второго параллельного LC-контура соединен с общей шиной, отличающийся тем, что во втором полосовом звене i-го (i 1, 2, 3,N 1) канала второй вывод первого параллельного LC-контура соединен с первым выводом второго параллельного LC-контура, второй вывод которого соединен с первым выводом первого параллельного LC-контура второго полосового фильтра (i + 1)-го канала, при этом в полосовом фильтре каждого канала выход Г-образного полузвена первого полосового звена соединен с вторым выводом первого параллельного LC-контура второго полосового звена через введенный первый конденсатор связи, а в полосовом фильтре каждого канала, кроме N-го, вход Г-образного полузвена третьего полосового звена соединен с вторым выводом второго параллельного LC-контура второго полосового звена через введенный второй конденсатор связи, а также введен первый дополнительный полосовой фильтр, выход которого соединен с выходом третьего полосового звена полосового фильтра первого канала, а вход с первым выводом первого параллельного LC-контура второго полосового звена полосового фильтра первого канала. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что первый дополнительный полосовой фильтр выполнен на Г-образном полузвене и параллельном LC-контуре, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является входом первого дополнительного полосового фильтра и через конденсатор связи соединен с входом Г-образного полузвена, продольное плечо которого является выходом первого дополнительного полосового фильтра. 3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что введен второй дополнительный полосовой фильтр, вход которого соединен с входом полосового фильтра первого канала, при этом первый дополнительный полосовой фильтр выполнен на Г-образном полузвене и параллельном LC-контуре, первый вывод которого является входом первого дополнительного полосового фильтра и через первый конденсатор связи, а второй вывод через второй конденсатор связи соединен с входом Г-образного полузвена, продольное плечо которого является выходом первого дополнительного полосового фильтра, при этом второй дополнительный полосовой фильтр выполнен на Г-образном полузвене и параллельном LC-контуре, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является выходом второго дополнительного полосового фильтра, подключен к второму выводу параллельного LC-контура первого дополнительного полосового фильтра и через ключевой элемент соединен с общей шиной, продольное плечо Г-образного полузвена второго дополнительного полосового фильтра является его входом, а выход этого Г-образного полузвена через конденсатор связи соединен с вторым выводом параллельного LC-контура второго дополнительного полосового фильтра.