ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ КОРОТКОВОЛНОВОГО ПЕРЕДАТЧИКА Российский патент 2004 года по МПК H03H7/01 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в фильтрующей системе коротковолновых передатчиков.

Для передачи высокочастотных сигналов с подавленными до требуемого уровня гармоническими составляющими в диапазоне коротких волн используются фильтры нижних частот (ФНЧ) с характеристикой Чебышева или Кауэра, тип и структура которых выбираются из необходимости обеспечения требований по затуханию в полосах пропускания и заграждения.

Для выполнения требований, соответствующих фильтрам с нормированными значениями элементов [1], конструкция фильтра должна отражать электрическую схему, в которой все элементы имеют расчетные значения номиналов, а внесхемные электромагнитные связи отсутствуют. Реализация этих требований возможна в конструкции, содержащей электромагнитные экраны между индуктивностями, или при достаточно большом их пространственном разнесении [2, стр. 554]. Оба этих варианта зачастую конструктивно неприемлемы из-за возрастающих габаритных размеров ФНЧ; положение усугубляется в тех случаях, когда в конструкции передатчика используются несколько переключаемых фильтров.

Использование сильной магнитной связи между двумя индуктивностями приводит к канонической схеме с уменьшенным количеством конденсаторов [3, стр. 26, 58, 59]. Однако этот вариант схемы не может быть использован в ФНЧ коротковолнового передатчика по следующим причинам:
1. Количество индуктивностей в схеме не уменьшается.

2. Обеспечение сильной связи между витками индуктивностей, намотанных проводниками большого диаметра без общего магнитопровода, невозможно.

3. Появляется электромагнитная связь в следующей смежной паре индуктивностей ФНЧ.

Для уменьшения габаритных размеров ФНЧ в его конструкции возможно использование индуктивностей с взаимно перпендикулярным расположением осей на одной плоскости [2, стр. 554], что значительно уменьшает электромагнитную взаимосвязь между индуктивностями, но при этом некоторые индуктивности могут оказаться соосными, что приводит к возникновению магнитной связи с коэффициентом связи К=0.05...0.2.

Конструкция подобных фильтров описана в [2, стр. 554] и выбрана в качестве прототипа.

Анализ амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) ФНЧ, в котором между смежными индуктивностями, в том числе и при их взаимно-перпендикулярном расположении, имеется электромагнитная связь, показывает, что затухание в полосе заграждения становится значительно меньше затухания соответствующего фильтра Кауэра [1]. Это объясняется наличием эквивалентной индуктивности L между входом одной индуктивности L_К и выходом смежной с ней другой L_К+1

где М - коэффициент взаимоиндукции.

Знак "минус" в числителе выбран для индуктивностей с одинаковым направлением навивки.

При наличии магнитной связи и, следовательно, эквивалентной индуктивности L часть энергии в полосе заграждения передается через магнитную связь, минуя LC-контуры в продольной ветви, которые определяют полюсы затухания, в связи с чем затухание ФНЧ в полосе заграждения будет много меньше расчетного.

Задача изобретения - обеспечение расчетных параметров ФНЧ [1] в малогабаритной конструкции.

Указанная задача решается тем, что ФНЧ коротковолнового передатчика, содержащий индуктивности с одинаковым направлением навивки и конденсаторы, входящие в состав фильтра нижних частот Кауэра, содержит дополнительные конденсаторы, причем первый вывод одного из них подключается к входу одной индуктивности фильтра, а второй его вывод к выходу последующей, смежной с предыдущей.

Для уменьшения негативного воздействия взаимоиндукции между инпуктивностями ФНЧ целесообразно ввести параллельно индуктивности L конденсатор с емкостью

где f₀ - частота сформированного полюса затухания в полосе заграждения;

где f_К, f_К+1 - частоты полюсов затухания, определяемые (L_К, C_К) и (Z_К+1, C_К+1) - контурами продольной ветви, имеющими между собой магнитную связь.

Поскольку L>>L_К, L>>L_К+1, то резонансный контур (L,C) будет в достаточно широкой полосе частот заграждения вносить в передаточную характеристику фильтра затухание, позволяющее приблизить АЧХ анализируемого фильтра к АЧХ соответствующего фильтра Кауэра [1].

Сопоставительный анализ рассматриваемой схемы с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается по структуре и по соединениям, следовательно, оно соответствует критерию "новизна". Использование индуктивностей с взаимно перпендикулярным их расположением в конструкции фильтра широко известно, однако применение дополнительного конденсатора, первый вывод которого соединен с входом одной индуктивности, а второй вывод с выходом другой индуктивности, смежной с предыдущей, позволяет устранить негативное воздействие конструктивной магнитной связи между упомянутыми индуктивностями, из чего следует вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена схема анализируемого ФНЧ Кауэра, состоящего из индуктивностей 1, 2, 3, конденсаторов 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, входного 11 и выходного 12 зажимов, входящих в состав ФНЧ Кауэра, и магнитных связей 13, 14 между индуктивностями 1, 2 и 2, 3, а также из дополнительных конденсаторов 15, 16.

На фиг.2 изображена схема ФНЧ, эквивалентная анализируемой схеме фиг.1, в которой вместо магнитных связей 13 и 14 показаны индуктивности 17 и 18.

На фиг.3 изображена конструкция ФНЧ, в которой индуктивности 1, 2, 3 установлены без разделительных экранов. Оси индуктивностей 1 и 2 взаимно параллельны, но перпендикулярны к оси индуктивности 3. Между индуктивностями 1, 2 и 2, 3 имеются магнитные связи М, показанные на фиг.1 как 13 и 14. Магнитная связь между индуктивностями 1, 3 незначительна, т.к. оси их взаимно перпендикулярны и расстояние между ними достаточно велико.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал через зажим 11 поступает на индуктивность 1, конденсаторы 4, 5 и передается как в схеме фильтра Кауэра через индуктивности 2, 3 и конденсаторы 6, 7, 8, 9, 10 к выходному зажиму 12. В конструкции ФНЧ, не содержащей экранов между индуктивностями, часть энергии передается от индуктивности 1 к индуктивности 2 через магнитное поле 13, а от индуктивности 2 к индуктивности 3 через магнитное поле 14, вследствие чего затухание в полосе заграждения анализируемого фильтра будет меньше расчетного затухания на тех же частотах для фильтра Кауэра.

Вместо элементов магнитной связи 13, 14 ФНЧ фиг.1 на фиг.2 используются индуктивности 17 и 18, входящие в состав П-образной схемы замещения трансформаторной связи. Дополнительные емкости 15, 16 на фиг.1 и фиг.2 предназначены для компенсации токов через магнитные связи 13, 14 на фиг.1 или через индуктивности 17, 18 на фиг.2, вследствие чего влияние этих цепей на передаточные свойства ФНЧ в полосе заграждения значительно уменьшается, и АЧХ анализируемого фильтра с магнитными связями в конструкции без экранов приближается к АЧХ фильтра Кауэра.

Приблизить АЧХ ФНЧ с магнитными связями между смежными индуктивностями к АЧХ ФНЧ Кауэра можно установкой дополнительного конденсатора по минимальному отклонению по частоте от расчетных значений полюсов затухания в полосе заграждения. Того же результата можно добиться расчетным путем по измеренному значению затухания в полосе заграждения, отличающемуся от расчетного, и последующим вычислениям коэффициента связи и номинала дополнительного конденсатора. Положительные экспериментальные данные подтверждаются расчетами.

В конструкции ФНЧ 7-го порядка с характеристикой Кауэра, не содержащей экранов между индуктивносгями с одинаковым направлением навивки, составило 26 dB вместо расчетного значения 40 dB. После использования в схеме этого ФНЧ двух дополнительных конденсаторов затухание в полосе заграждения составило не менее 38 dB, что достаточно близко к расчетному значению 40 dB.

Источники информации
1. Г. Ханзел. Справочник по расчету фильтров. М.: Советское радио, 1974.

2. Н. Д. Босый. Электрические фильтры. Киев, Гос. изд. технической литературы УССР, 1959.

3. Р.Зааль. Справочник по расчету фильтров. М.: Радио и связь, 1983.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат заключается в обеспечении расчетных параметров в малогабаритной конструкции. Фильтр нижних частот (ФНЧ) коротковолнового передатчика содержит индуктивности (ИНД) (1-3) с одинаковым направлением навивки и конденсаторы (К) (4-10), входящие в состав ФНЧ Кауэра. Введены дополнительные К (15, 16), причем первый вывод К (15) подключен к входу ИНД (1), а второй вывод К (15) к выходу смежной с ИНД (1) последующей ИНД (2). Первый вывод К (16) подключен к входу ИНД (2), а второй вывод К (16) к выходу смежной с ИНД (2) последующей ИНД (3). В конструкции ФНЧ, не содержащей экранов между ИНД (1-3), часть энергии передается от ИНД (1) к ИНД (2) через магнитное поле (13), а от ИНД (2) к ИНД (3) через магнитное поле (14), поэтому затухание в полосе заграждения ФНЧ будет меньше расчетного затухания на тех же частотах для классического фильтра. 3 ил.

Фильтр нижних частот коротковолнового передатчика, содержащий индуктивности с одинаковым направлением навивки и конденсаторы, входящие в состав фильтра нижних частот Кауэра, отличающийся тем, что он содержит дополнительные конденсаторы, причем первый вывод дополнительного конденсатора подключен к входу одной индуктивности фильтра, а второй его вывод - к выходу смежной с ней последующей индуктивности.