Перестраиваемые полосовые фильтры Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.372.54 А.И. Тюменцев

ОАО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения», г. Омск

ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Перестраиваемые полосовые LC-фильтры (ППФ) РПУ позволяют реализовать устойчивую работу этих устройств в реальных условиях при большой загрузке рабочего диапазона частот другими радиостанциями, обеспечивая при этом необходимые требования по чувствительности, динамическому диапазону, избирательности и т.д.

Требования, предъявляемые к такого рода фильтрам, работающим в КВ и УКВ диапазонах, могут существенно отличаться в зависимости от алгоритма работы и функционального назначения РПУ по ширине рабочей полосы частот, коэффициенту передачи, прямоугольности амплитудно-частотной характеристики, максимальному входному напряжению, обеспечению минимальных интермодуляционных искажений, коэффициенту стоячей волны и т.п.

Несмотря на разнообразие требований к электрическим характеристикам, конструктивным, технологическим и эксплуатационным параметрам этих фильтров, отметим ряд основных из них, которые принципиально влияют на выбор исходных схемных решений.

296

1. Относительная ширина полосы пропускания, выбираемая чаще всего в пределах

3 - 5 %.

2. Избирательность фильтра при 10%-й отстройке в пределах 20 - 30 дБ.

3. Затухание в полосе задерживания не менее 30 - 40 дБ.

4. Диапазон рабочих частот 1,5 - 90 МГ ц.

5. Вносимое затухание в полосе пропускания фильтра не более 4 - 6 дБ.

Относительная ширина полосы пропускания выбирается в пределах 3 - 5 % прежде

всего потому, что необходимо обеспечить требование по 10 %-й отстройке, которое означает, что частоты, расположенные ниже частоты 0,9 f р и выше частоты 1,1 f р , где f Р - любая

J р

из частот полосы пропускания ППФ, должны быть подавлены до уровня а0 .

Установим зависимость коэффициента прямоугольности амплитудно-частотной характеристики ППФ от его относительной ширины полосы пропускания

(здесь А/

- полоса пропускания,

/ - средняя частота фильтра).

Учитывая, что коэффициент прямоугольности АЧХ фильтра

K = f 4 - f3 f2 - f

(1)

где /2 и

/ - соответственно верхняя и нижняя границы полосы пропускания фильтра,

/4 и

/3 - верхняя и нижняя границы полосы задерживания, а также вводя коэффициент

f3

f

4 , характеризующий отстройку перечисленных требований, получим следующее f

соотношение:

_________________ 2в 2 - в 2У-Y - 2

K =

2Ру

. (2)

При 10% отстройке

в _ 1,1 коэффициент прямоугольности по уровню а0 будет равен Кю

_ 0,42 - 2,21y = 2,2y

. (3)

При 15%-й отстройке в = 1,15 для K получим

К\ 5

__ 0,645 - 2,323 у

= 2,3 у

(4)

Графики для минимально-необходимых коэффициентов прямоугольности при в _ 1,1 и в _ 1,15

приведены на рис. 1 и показывают, что это требование определяет порядок применяемого фильтра и его связь с шириной полосы обрабатываемых частот.

Кроме этой оценки при выборе исходной схемы ППФ необходимо иметь в виду, что изменение частоты настройки при сохранении в диапазоне перестройки постоянной относительной ширины полосы пропускания ( у _ const ) приводит к изменению характеристическо-

го сопротивления фильтра

2 с . Характеристическое сопротивление возрастает пропорцио-

297

нально увеличению частоты настройки, что приводит к рассогласованию с входным и выходным нагрузочными сопротивлениями и уменьшению коэффициента передачи. При этом полосовые фильтры четного класса по затуханию обладают меньшей чувствительностью по коэффициенту передачи на средней частоте при изменении частоты настройки.

\ \ \

1 V \

\ \ \

\ \ \

\ \ \ 2 /~

V 4 "4

X. ■'■V -v. ^

Y, %

Рис. 1. Зависимость коэффициента прямоугольности фильтра от относительной ширины полосы пропускания, выраженной в процентах (кривая 1 - в = 1,1 - 10%-я отстройка,

кривая 2 - в = 1,15

- 15%-я отстройка)

В работе [1] было показано, что входное сопротивление симметричного фильтра связано с его характеристическими параметрами следующим образом:

W = Zc

Zc sin а - jRH cos а

RH sin а - jZc cos а

, (5)

где W - входное сопротивление симметричного фильтра,

RH - сопротивление нагрузки на выходе фильтра, а - характеристическая фаза,

Z c - характеристическое сопротивление.

Выделяя вещественную и мнимую части этого выражения, получаем следующие соотношения:

ReW =

Z 2 R

c

d2 • 2 ^2 2

л sin a + Z cos a

н c

ImW =

Z (z2 - R2 )sin 2a (6)

c c н

2(r2 sin 2 a + Z 2 cos 2 a )

н c

При a=кп ( к = 1,2... n )

ReW = RH , ImW = 0 .

298

Таким образом, при изменении частоты настройки ППФ входное сопротивление на средней частоте не изменяется, сохраняется согласование фильтра, несмотря на изменение Z c , вносимое затухание также будет неизменным. Кроме того, изменение неравномерности АЧХ в большей части полосы пропускания можно ожидать незначительным, так же, как и изменение ширины полосы пропускания. Это подтверждается при моделировании ППФ второго класса по затуханию. Так, при перестройке средней частоты более чем на порядок происходит небольшое уменьшение ширины полосы пропускания (на 5 - 10 %) на верхней частоте диапазона перестройки по сравнению с нижней частотой.

При выборе исходной схемы ППФ будем ориентироваться на схемы, имеющие четный класс по характеристическому затуханию.

Обобщая вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

1. Приведен ряд требований к электрическим характеристикам, конструктивным, технологическим и эксплуатационным параметрам, которые принципиально влияют на выбор исходных схемных решений.

2. Получена зависимость коэффициента прямоугольности фильтра от относительной ширины полосы пропускания, выраженной в процентах

3. Рассмотрена методика выбора исходной схемы ППФ, основанная на анализе входного сопротивления симметричного полосового фильтра.

Библиографический список

1. Гиллемин, Е. А. Синтез пассивных цепей : пер. с англ. / Е. А. Гилемин ; под ред. М. М. Айзинова. - М. : Связь, 1970. - 720 с.