ПОЛОСОВОЙ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ САМОСОГЛАСУЮЩИЙСЯ LC-ФИЛЬТР Российский патент 2010 года по МПК H03H7/12 

Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в преселекторах профессиональных радиоприемных устройств.

Для предварительной селекции сигналов радиоприемных устройств магистральной KB радиосвязи используются перестраиваемые полосовые фильтры, выполненные на сосредоточенных LC-элементах. Схемами для реализации заданных требований, как правило, служат одно или несколько каскадно включенных звеньев, каждое из которых содержит два параллельных контура, подключенных к общей шине, потенциальные выводы этих контуров соединены либо емкостью, либо индуктивностью. Элементами перестройки фильтра служат конденсаторы, входящие в состав параллельных контуров. Эти конденсаторы могут быть выполнены с применением варикапов, наборов ключевых схем и конденсаторов, устанавливающих необходимое значение емкости конденсатора для заданной частоты настройки и т.д.

Из этих двух схем с применением параллельных контуров с емкостной и индуктивной связью наиболее близкой к предлагаемому устройству является вторая, содержащая индуктивную связь, поскольку при перестройке средней частоты фильтра относительная ширина полосы пропускания, определяемая входящими в схему индуктивностями, остается постоянной.

Эта схема приводится в работе [1] стр.173, рис.84 (тип III₃) и выбрана в качестве прототипа. Применительно к фильтрам, имеющим постоянную относительную полосу пропускания, и, когда в качестве элементов перестройки удобно использовать конденсаторы переменной емкости, эта схема является наиболее оптимальной по сравнению с другими известными, проста в настройке.

Недостатком этой схемы является то, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) при изменении средней частоты в широком диапазоне частот претерпевает недопустимые изменения (ухудшается неравномерность в полосе пропускания, значительно уменьшается коэффициент передачи). Эти изменения связаны с двумя основными причинами. Первая - изменение величины характеристического сопротивления фильтра при изменении абсолютной ширины полосы пропускания и, как следствие, рассогласование фильтра с входной и выходной нагрузками. Вторая - изменение добротности катушек индуктивности в диапазоне перестройки фильтра. Причем это влияние тем больше, чем больше величины индуктивностей, входящих в состав фильтра, отличаются друг от друга.

Задача изобретения - получение полосового перестраиваемого фильтра с улучшенными амплитудно-частотными характеристиками при больших значениях диапазона перестройки.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первую катушку индуктивности, к первому и второму выводам которой подключены вторая и третья катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с общей шиной, и два конденсатора переменной емкости, первые выводы которых соединены с общей шиной, дополнительно введены четвертая, пятая, шестая и седьмая катушки индуктивности, причем четвертая и пятая катушки индуктивности включены между входной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом первого конденсатора и между выходной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом второго конденсатора соответственно, шестая и седьмая катушки индуктивности включены между вторым выводом первого конденсатора и первым выводом второй катушки индуктивности, а также между первым выводом третьей катушки индуктивности и вторым выводом второго конденсатора соответственно.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены четыре катушки индуктивности (четвертая, пятая, шестая и седьмая). При этом четвертая катушка включена между входной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом первого конденсатора, пятая катушка включена между выходной клеммой фильтра и вторым выводом второго конденсатора, шестая - между вторым выводом первого конденсатора и первым выводом второй катушки индуктивности, седьмая - между вторым выводом второго конденсатора и первым выводом третьей катушки индуктивности.

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

На фигуре 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из первой катушки индуктивности 1, второй катушки индуктивности 2 и третьей катушки индуктивности 3. Вторая и третья индуктивности подключены к первому и второму выводам первой индуктивности соответственно, вторые выводы этих индуктивностей соединены с общей шиной. Первый конденсатор переменной емкости 4 и второй конденсатор переменной емкости 5.

Дополнительные катушки индуктивности - чевертая 6 подключена к входной потенциальной клемме и первому конденсатору 4, пятая 7 подключена к выходной потенциальной клемме и второму конденсатору 5, шестая 8 подключена к первому конденсатору 4 и второй катушке индуктивности 2, седьмая 9 подключена к третьей катушке 3 и второму конденсатору 5.

Устройство работает следующим образом.

На фигуре 2а приведена электрическая схема фильтра, состоящая из двух фильтров нижних частот на входе и выходе, выполненная на элементах L₀ и С₀. Средняя часть схемы в силу симметрии может быть при применении теоремы перегиба [2] приведена к симметричной мостовой, которая содержит в ветвях реактивные сопротивления Z_a и Z_в.

Электрические схемы этих двухполюсников, полученных из средней части схемы фигуры 2а, показаны на фигуре 2б, а частотные зависимости их реактивных сопротивлений - на фигуре 2в.

Как видно из фигуры 2, средняя часть схемы образует полосовой фильтр второго класса по характеристическому сопротивлению и первого класса по затуханию. При изменении значений конденсаторов средняя частота фильтра будет изменяться, а относительная ширина полосы будет постоянной. Введение дополнительных индуктивностей позволяет изменять их соотношение при заданных частотах краев полосы пропускания ω₁ и ω₂ и получать значения индуктивностей L₁, L₂ и L₃, незначительно отличающиеся друг от друга. Так, например, в диапазоне частот 1,5÷30 МГц для фильтров с относительными полосами пропускания 5÷10% можно получить значения L₁, L₂ и L₃, отличающиеся друг от друга не более чем в пять раз от 100 до 500 нГн и реализовать их в виде ЧИП-индуктивностей.

В этом случае потери в катушках можно считать в некотором приближении однородными, и их влияние (при одинаковом конструктивном исполнении) будет проявляться в виде некоторого дополнительного «плоского» затухания, мало влияющего на неравномерность АЧХ в полосе пропускания. Введение фильтров нижних частот на входе и выходе позволяет соответствующим подбором величины С₀ изменять частоты среза входного и выходного ФНЧ и, изменяя тем самым отношение входного и выходного характеристических сопротивлений этих ФНЧ, обеспечить согласование изменяющегося при перестройке характеристического сопротивления фильтра с постоянными нагрузочными сопротивлениями и одновременно учесть дополнительное рассогласование, вносимое потерями. Так как емкости С₀ и С₁ включены параллельно, то число регулирующих элементов в эквивалентной схеме, показанной на фигуре 1, остается прежним.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон перестройки (в нашем случае диапазон 1,5÷30 МГц возможно перекрыть одним фильтром) при незначительных изменениях коэффициента передачи и неравномерности АЧХ в полосе пропускания.

Источники информации

1. Босый Н.Д. Электрические фильтры. - Киев, 1957, стр.173, рис.84.

2. Великий Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. - М.: Связь, 1966, стр.68-70.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в улучшении амплитудно-частотных характеристик при больших значениях диапазона перестройки. Фильтр содержит первую катушку индуктивности, к выводам которой подключены вторая и третья катушки индуктивности, вторые выводы второй и третьей катушек соединены с общей шиной, а также два конденсатора переменной емкости, первые выводы конденсаторов подключены к общей шине, кроме того, фильтр содержит четвертую катушку индуктивности, подключенную к входной потенциальной клемме фильтра и второму выводу первого конденсатора, пятую катушку индуктивности, подключенную к выходной клемме фильтра и ко второму выводу второго конденсатора, шестую катушку индуктивности, подключенную ко второму выводу первого конденсатора и первому выводу второй катушки индуктивности, седьмую катушку индуктивности, подключенную ко второму выводу второго конденсатора и первому выводу третьей катушки индуктивности. 2 ил.

Полосовой перестраиваемый самосогласующийся LC-фильтр, содержащий первую катушку индуктивности, к первому и второму выводам которой подключены вторая и третья катушки индуктивности, вторые выводы второй и третьей катушек индуктивности соединены с общей шиной, и два конденсатора переменной емкости, первые выводы которых соединены с общей шиной, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены четвертая, пятая, шестая и седьмая катушки индуктивности, при этом четвертая катушка индуктивности включена между входной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом первого конденсатора, пятая катушка индуктивности включена между выходной потенциальной клеммой фильтра и вторым выводом второго конденсатора, шестая катушка индуктивности включена между вторым выводом первого конденсатора и первым выводом второй катушки индуктивности, седьмая катушка индуктивности включена между вторым выводом второго конденсатора и первым выводом третьей катушки индуктивности.