МНОГОКАНАЛЬНЫЙ БЛОК ФИЛЬТРАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК H03H7/46 

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора в профессиональных радиоприемных устройствах.

В технике магистральной радиосвязи при реализации преселекторов часто применяют дифференциальную систему, которая состоит из дифференциального трансформатора, балансного резистора, подключенного к среднему выводу вторичной дифференциальной обмотки, и двух групп полосовых фильтров, подключенных к дифференциальной обмотке, выходы фильтров являются выходами преселекторов [1].

Такое устройство обеспечивает одновременную обработку сигналов по каждому из нескольких каналов и высокий уровень развязки между фильтрами первой и второй групп. Это устройство является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и выбрано в качестве прототипа.

Недостатком устройства-прототипа является то, что затухание, вносимое дифференциальной системой в полосах пропускания каждого из фильтров, может достичь в реальных условиях 5÷6 дБ и более.

Задача изобретения - уменьшение рабочего затухания в полосах пропускания преселектора.

Поставленная задача решается тем, что в известную схему многоканального блока фильтрации, содержащего дифференциальный трансформатор, первичная обмотка которого имеет два вывода, вторичная дифференциальная обмотка имеет три вывода, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа, состоящая из N полосовых фильтров, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа, состоящая из М полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров первой и второй групп являются выходами блока фильтрации, дополнительно введены первый, второй и третий конденсаторы, при этом к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого соединен с общей шиной.

Сопоставительный анализ показывает, что заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первый, второй и третий конденсаторы, при этом к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого соединен с общей шиной.

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

На чертеже приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Блок фильтрации состоит из дифференциального трансформатора 1, к первичной обмотке которого подключены первый 2 и второй 3 конденсаторы, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа полосовых фильтров 4, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа полосовых фильтров 5, ко второму выводу дифференциальной обмотки подключен третий конденсатор 6, второй вывод которого соединен с общей шиной. Второй вывод первого конденсатора подключен к входной потенциальной клемме устройства, а второй вывод второго конденсатора и второй вывод обмотки связи соединены с общей шиной, выходы полосовых фильтров являются независимыми выходами блока фильтрации.

Устройство работает следующим образом.

В работе [1] рассмотрена дифференциальная система, работающая в режиме, когда балансное сопротивление R₀ равно сопротивлению источника сигнала R. При условии, что все обмотки дифференциального трансформатора имеют одинаковое число витков, входное сопротивление системы со стороны подключения фильтров первой группы Z₂ будет определяться соотношением

$$Z_2=\frac{4R_{0}R+R{Z}_3+R_0{Z}_3}{R+R_0+Z_3},\text{ где (1)}$$

Z₃ - входное сопротивление системы со стороны включения фильтров второй группы, R₀ - балансное сопротивлении, R - сопротивление источника сигнала.

Такой режим работы системы обеспечивает независимость сопротивления Z₂ и Z₃ друг от друга, для согласования подключенных к выходу системы полосовых фильтров они должны иметь входные сопротивления, близкие к удвоенному сопротивлению источника сигнала (Z₂=Z₃=2R). Рабочее затухание, которое вносит дифференциальная система при условии, что трансформатор является идеальным, составляет 3 дБ.

В предъявленном устройстве используется режим работы дифференциальной системы, когда сопротивление Z₂=4R, Z₃=jωL₀ является индуктивным. Балансное сопротивление R₀ в соответствии с формулой (1) получим равным

$$R_0=R\frac{4R+j3\omega L_0}{j\omega L_0}=3R+\frac{4R^2}{j\omega L_0}(2)$$

Как следует из (2), балансное сопротивление реализуется последовательным соединением резистора 3R и емкости, численно равной $$C_0=\raisebox{1ex}{$L_0$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4R^2$}\right.$$ .

Можно показать, что модуль передаточной функции (по э.д.с.) в направлении от источника сигнала к первому выходу системы, нагруженной на сопротивление Z₂=4R, будет определяться выражением

$$\left|T\right|=\frac{\sqrt{64+20Q+Q^2}}{2\left(4+Q^2\right)},\text{ где (3)}$$

$$Q=\raisebox{1ex}{$\omega L_0$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$R$}\right.$$ - приведенная добротность индуктивности L₀.

Если Q≤1, то $$\left|T\right|\ge \mathrm{0,92}$$ , а рабочее затухание а_р≤0,7 дБ.

В реальной схеме блока фильтрации, когда входное сопротивление фильтров второй группы является индуктивным на частотах полос пропускания фильтров первой группы можно получить рабочее затухание, вносимое дифференциальной системой на этих частотах, меньше 3 дБ. Если фильтры 1-й и 2-й групп имеют характеристическое сопротивление, у которых оно носит индуктивный характер в полосе задерживания, использование этого режима работы позволяет улучшить коэффициент передачи фильтров обоих групп в их полосах пропускания.

Отметим также, что при моделировании преселектора, работающего в этом режиме, активная часть балансного сопротивления оказывала незначительное влияние на параметры преселектора, поскольку емкостная составляющая в цепи R₀ превалирует над активной, и резистор, равный 3 R, может быть исключен. Кроме того, усредненная величина ωL₀ в реальных схемах меньше 0,5 R, и, следовательно, Q≤0,5.

В предложенном устройстве введено также дополнительное полузвено полосового фильтра, состоящее из первого 2 и второго 3 конденсаторов и катушки индуктивности, включенной параллельно второму конденсатору. Полосовое полузвено рассчитано так, что его полоса пропускания значительно превышает рабочую полосу частот преселектора. Катушка индуктивности этого фильтра, подключенная к идеальному дифференциальному трансформатору, шунтирует его и позволяет применить дифференциальный трансформатор с более удобными для практики параметрами.

При экспериментальной проверке работы предложенного устройства было установлено, что в диапазоне частот 30÷80 МГц возможно получить фильтры, рабочее затухание которых в полосах пропускания не превышает 1,5÷2 дБ при добротности трансформатора и катушек индуктивности входящих в состав полосовых фильтров 100÷150 ед., при этом затухание в полосах задерживания уменьшается по сравнению с затуханием этих фильтров, работающих вне этой системы.

Источник информации

1. Плешков Н.Г., Зингеренко A.M., Лавриш B.C., Климович В.Ф., Изаксон Б.К. Техника дальней связи. Изд. ВКАС, Ленинград, 1951, стр.101-105, 277-279.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора в профессиональных радиоприемных устройствах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении рабочего затухания в полосах пропускания преселектора. Многоканальный блок фильтрации содержит дифференциальный трансформатор, первичная обмотка которого имеет два вывода, вторичная дифференциальная обмотка имеет три вывода, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа, состоящая из N полосовых фильтров, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа, состоящая из М полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров первой и второй групп являются выходами блока фильтрации, при этом к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого соединен с общей шиной. 1 ил.

Многоканальный блок фильтрации, содержащий дифференциальный трансформатор, первичная обмотка которого имеет два вывода, вторичная дифференциальная обмотка имеет три вывода, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа, состоящая из N полосовых фильтров, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа, состоящая из М полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров первой и второй групп являются выходами блока фильтрации, отличающийся тем, что к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого соединен с общей шиной.