CC BY
47
Таблица 1 Экспериментальные данные серии измерений на разных частотах
Частота, Гц Амплитуда, (Ш
11.6 -45,7
12.2 -45,1
14,0 -42,3
14,6 -41,6
15,3 -39,1
15,9 -38.В
16.8 -37,9
18,6 -34,1
19,8 -32,9
20,4 -30,7
22,0 -28,8
23,2 -26,6
24.4 -25,3
25,6 -23,1
26,6 -19,9
А. Б. НЕВОРОТОВ
Омский государственный технический университет
УДК 621.396.62
Ввиду того что работа радиоприемных устройств осуществляется, как правило, совместно с другими радиосредствами, вопросы электромагнитной совместимости стоят особенно остро и в значительной мере разрешаются качественным выполнением различного рода фильтрующих устройств.
В используемом диапазоне частот 1,5-30 МГц уровень помех в наихудшем случае имеет значение 35 - 65 дБ. Достаточно высокие значения помех связаны со спецификой КВ-диапазона. Связь осуществляется на расстояния от 600 км внизу диапазона и в пределах всей Земли вверху. Для осуществления такой связи используют большие уровни сигналов. При значении коэффициента перекрытия порядка 20 и представленном ранее уровне помех, удовлетворить требования по избирательности неперестраиваемым (непереключаемым) фильтром не представляется возможным.
На данный момент существует несколько подходов к реализации фильтрующих систем в радиоприемных ус-
Исследования показали, что заявленные в паспорте характеристики выполняются в рабочем диапазоне частот стенда ВУ15 с заданной точностью. Но частотный диапазон стенда ВУ15 гораздо уже частотного диапазона датчика ВД03А, а рост амплитуды механических колебаний станины стенда в зависимости от роста частоты нелинеен. В связи с этим для более полного исследования амплитудно-частотных характеристик датчика требуется стенд с характеристиками близкими к предельным параметрам датчика. В настоящее время проводятся исследования датчика на калибровочном стенде с фиксированной частотой и амплитудой для калибровки чувствительности виброакселерометра.
Литература
1. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Пракх пособие/ И. Н. Ермолов, Н. П. Алешин, А. И. Потапов; Под ред. В. В. Сухорукова -М.: Высш. шк., 1991.-283 е.: ил.
2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986.- 512 е.: ил.
ЗАХАРЕНКО Владимир Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры ТЭА. СЕРКОВ Константин Владимирович, аспирант кафедры ТЭА.
тройствах. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Самым распространенным является использование переключаемых полосовых фильтров с небольшим количеством стационарных положений. Ввиду большой протяженности КВ-диапазона, каждый фильтр данного устройства имеет широкую полосу пропускания. Это приводит к ухудшению основных параметров радиоприемного устройства (РПУ): чувствительности, динамического диапазона, избирательности, отношения сигнал шум. Данный метод позволяет создать достаточно простую и недорогую систему входной фильтрации для РПУ со средними параметрами. Для повышения качества РПУ прибегают к усложнению входных переключаемых фильтров путем увеличения полос пропускания. Такой подход позволяет в значительной мере увеличить параметры за счет сужения полосы пропускания фильтров. Ввиду того что входные цепи РПУ КВ диапазона реализуются на аналоговых элементах, рассматриваемый подход приводит к значительному усложнению и удорожанию системы в целом.
АКТУАЛЬНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ФИЛЬТРОВ В РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВАХ КВ-ДИАПАЗОНА
В СОВРЕМЕННОЙ АППАРАТУРЕ СВЯЗИ ВЕСЬМА БОЛЬШУЮ РОЛЬ ИГРАЮТ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА. НЕПРЕРЫВНЫЙ РОСТ РАДИОСРЕДСТВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕЙ РАДИОАППАРАТУРЫ, А СЛЕДОВАТЕЛЬНО, УРОВНЕЙ ПОБОЧНЫХ И ВНЕПОЛОСНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ И, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, КАНАЛОВ ПОБОЧНОГО ПРИЕМА, СЛУЖАТ ПРИЧИНОЙ ПОСТОЯННОГО УСИЛЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ. ПРИ ЭТОМ ОСОБОЕ ВНИМАНИЕ УДЕЛЯЕТСЯ ВОПРОСАМ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАДИОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА, ВТОМ ЧИСЛЕ ВОПРОСАМ СУЖЕНИЯ ПОЛОСЫ ИЗЛУЧАЕМОГО И ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА ПРИ СОХРАНЕНИИ КОЛИЧЕСТВА И КАЧЕСТВА ПРИНИМАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ.
ДАННАЯ СТАТЬЯ ОСВЕЩАЕТ ОДИН ИЗ ЭТАПОВ ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ФИЛЬТРОВ КВ-ДИАПАЗОНА.
Компромиссным решением является создание перестраиваемых фильтров. По получаемым параметрам они схожи с переключаемыми, но более просты и менее трудоемки.
Основа работы фильтра заключается в перемещении амплитудно-частотной характеристики (АХЧ) фильтра с одной центральной частоты на другие в диапазоне перестройки, при этом АХЧ фильтра для всех центральных частот должно удовлетворять заданным требованиям. При перестройке фильтра центральные (резонансные) частоты определяются из условия, что верхняя частота полосы пропускания АХЧ фильтра в предыдущем положении соответствует нижней частоте полосы пропускания в последующем положении.
Расчет элементов перестраиваемого фильтра осуществляется без учета потерь в них, а затем лишь определяется величина затухания в полосе пропускания за счет потерь в элементах, исходя из их добротности. При расчете задаются, что относительная полоса пропускания (\Л/) постоянна для всех переключений АХЧ, так как при выполнении требования по обеспечению затухания в полосе заграждения (относительная полоса заграждения постоянна при перестройке) будет минимальное число переключений с одной центральной частоты на другую. Форма АХЧ определяется величинами добротностей контуров, построенных на заданные резонансные частоты [2]. Один из этапов синтеза перестраиваемого фильтра состоит в расчете неперестраива-емого фильтра. При этом существуют две конкурирующих методики расчета неперестраиваемых фильтров. Метод характеристических параметров применяется в том случае, когда нужно быстро рассчитать сложный и дешевый фильтр. В методе характеристических параметров исходными является схема уравнений четырехполюсника и матрица сопротивлений. При этом параметры четырехполюсника выражаются через характеристические сопротивления и характеристическую постоянную передачи [3]. В случае цепи без потерь, составленной из конечного числа звеньев с чисто активными нагрузками, характеристические сопротивления будут согласованы только на отдельных частотах. В связи с этим имеют место эффекты отражения (несогласованности), которые приводят к значительному увеличению затухания в полосе пропускания и резкому искажению характеристик на границах полосы задерживания [1].
При использовании метода характеристических сопротивлений для каждой ширины полосы пропускания и заданной величины неравномерности затухания в полосе пропускания существует только одна схема фильтра, в то время как рабочие параметры позволяют выбрать тот или иной фильтр (вариант). Таким образом, хотя метод характеристических параметров сравнительно прост, он требует большого практического навыка и связан с длительным процессом подстройки. Это существенно, если фильтр должен работать с малыми потерями на отражение и в строго заданной полосе.
Первым этапом синтеза неперестраиваемого фильтра по рабочим параметрам является выбор оптимальной аппроксимации, т.е. нахождения функции, выражающей заданную частотную зависимость затухания и удовлетворяющей условиям физической осуществимости.
Среди способов получения заданной частотной зависимости затухания (ее аппроксимации) следуют, прежде всего, аналитические и численные методы. Под аналитическими понимаются методы, использующие те или иные математические выражения, которые дают единст-
венное оптимальное по заданному критерию решение без необходимости последовательных приближений к этому решению.
Можно отметить следующие особенности численных методов решения аппроксимационных задач:
1.Для решения любой задачи методами оптимизации необходимо задание некоторых начальных условий. От того, насколько удачно выбраны эти условия, зависит машинное время, необходимое для решения данной задачи.
2. Применение методов оптимизации в большинстве случаев, как правило, приводит к нахождению, так называемого, локального экстремума оптимизируемой величины. Нет гарантии, что найденное решение окажется самым лучшим.
Решение аппроксимационной задачи численными методами содержит элемент случайности.
Численные методы всегда сводятся к более или менее случайному выбору значений параметров рассчитываемого устройства (коэффициентов аппроксимирующего выражения) и последующей оптимизации этих значений по той или иной процедуре, причем такой анализ может происходить многократно.
Реализация перестраиваемого фильтра с полиномиальной амплитудно-частотной характеристикой затруднена, поскольку при этом требуется одновременная регулировка индуктивностей в нечетных и емкостей в четных контурах, причем эти индуктивности и емкости в разных контурах имеют разное значение. Конструкция полиномиального фильтра усложнена наличием неза-земленного переменного конденсатора. Изоляция этого конденсатора от земли резко ухудшает надежность работы фильтра при климатических и механических воздействиях. Для сохранения постоянной относительной полосы пропускания требуется одновременная регулировка индуктивностей и емкостей всех контуров фильтра, что сильно усложняет устройство перестройки. Наличие в фильтрах паразитных емкостей и индуктивностей вынуждает использовать перестраивающие элементы, заземленные с одной стороны. Это позволяет уменьшить влияние паразитных элементов на характеристики фильтра. Передаточные функции цепей с заземленными с одной стороны колебательными контурами выражается не полиномами а дробями. При узкой полосе пропускания частотные характеристики рабочего затухания можно рассматривать как полиномиальные. Фильтры в которых используется только один вид контуров называются квазиполиномиальные.
Так как в процессе перестройки нагруженные добротности крайних и внутренних контуров не должны различаться, чтобы не изменялась характеристика фильтра, необходимо вводить элементы связи с нагрузкой, обладающие частотно-зависимым характером трансформации.
Литература
1. Аржанов В.А. Электрические фильтры и линии задержки. Учебное пособие. Омск, ОмПИ, 1984,- 88 с.
2. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. М.: Связь, 1979, - 128 с.
3. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Пер. с англ. Под ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. М.: Связь, 1971, - 441 с.
НЕВОРОТОВ Алексей Борисович, аспирант кафедры средств связи.
