CC BY
41
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И СВЯЗЬ
УДК 621.396.62
А. Б. НЕВОРОТОВ
Омский государственный технический университет
СИНТЕЗ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО ФИЛЬТРА КВ-ДИАПАЗОНА
В данной статье анализируется построение перестраиваемого фильтра КВ-диапаэона с относительной полосой, близкой к постоянной. Приводятся основные расчетные соотношения для перестраиваемого фильтра с индуктивной связью с нагрузкой.
В современных системах связи актуальной задачей является применение электронно-перестраиваемых фильтров, обеспечивающих высокие электрические параметры радиотехнических устройств при малых массе и габаритах.
Построение простых в реализации электронно-перестраиваемых фильтров с квазипостоянной относительной полосой пропускания при перестройке является актуальной задачей в области приемной и передающей техники связи. К сожалению, в пр-оанализируемых аналогах [1], [7] прослеживаются следующие недостатки:
— сложная схемотехника; в 131:
— избыточное количество элементов перестройки.
На (рис, 1) представлена наиболее оптимальная из рассмотренных схем с точки зрения выбранных критериев.
Для удобства сравнения схема (рис.1) имеет то же количество положений настройки, что и проектируемая.
Цель данной статьи уменьшить количество элементов перестройки и дать возможность спроектировать простой в реализации фильтр с квазипостоянной относительной полосой.
Наибольшее применение на практике получили перестраиваемые фильтры на параллельных контурах, как наиболее просто реализуемые [3]. Однако подключение постоянного сопротивления источника сигнала или нагрузки параллельно такому контуру приводит к изменению относительной полосы частот пропускания фильтра при перестройке по частоте [5]. Такой эффект приводит к ухудшению характеристик избирательности фильтра при перестройке, что является нежелательным. В [5] показана целесообразность введения индуктивной связи с нагрузкой, позволяющей в определенной полосе частот со-
С/
Рис.1.
хранить избирательность при емкостной перестройке.
Для упрощения анализа остановимся на симметричном трехконтурном фильтре.
Известно [5], что постоянство относительной полосы и избирательности при перестройке обеспечивается постоянством нагруженной добротности. Для фильтра с индуктивной связью с нагрузкой нагруженная добротность крайних контуров определяется по формуле [5]:
о.=-
2а>ЬкЯ + 2я(яг +<и2Г0)
(1)
где Я- сопротивление нагрузки, 1Ь - индуктивность контура, !„ - индуктивность связи.
а>Х
Ввиду малости величины <Э„.„ = 2й(й2+ш2£2) выражение (1) переходит к виду Я2 + а>%
О,—
¿ш ькк
Для средних контуров [5]: " 2\У
(2)
(3)
о„ =
о„
Д г+0,ц 2 й>,1дЯ
(4)
где й»;, - краиние частоты поддиапазона.
И исходя из условия равенства 0Л на краях поддиапазона индуктивности связи и крайнего контура:
Я
1> = -
2 О-ш,
(5)
(6)
Из [6] индуктивности крайних контуров и индуктивность связи для любого поддиапазона
"'""КГ 1„
М1
(7)
(8)
где д2- элементФНЧ-прототипа [4], IV- относительная полоса фильтра.
В результате анализа функции (2) сделан вывод, что наименьшее отклонение параметра Оп от постоянного при перестройке наблюдается в том случае, если на краях используемого диапазона частот Оп будет иметь одинаковую величину. Из [3] изменение нагруженной добротности средних контуров в меньшей степени зависит от частоты по сравнению с крайними. Протяженность диапазона определяется по отклонению Оп (задается техническим условием) от постоянной в крайних контурах. Ввиду большой протяженности КВ-диапазона обеспечение постоянства полосы пропускания не представляется возможным [5),поэтому рабочий диапазон разбит на поддиапазоны. Подробнее методика разбиения описана
в [61.
Найдем формулы для расчета элементов трехкон-турного перестраиваемого фильтра, решая систему уравнений:
где (Мгп)'у~| - относительная полоса поддиапазона, N - номер поддиапазона.
Из выражения для резонанса, в котором фигурирует реактивная величина нагрузочного сопротивления, емкость крайнего контура [5]:
1
________^01У-а>ОЛВ
(9)
где индекс ЛГимеет следующие значения:
ЛГ- номер поддиапазона;
I- номер резонансной частоты в поддиапазоне.
Индуктивность среднего контура для любого поддиапазона [6]
VV Я
Аналогично емкость среднего контура:
(10)
(И)
Рис.2.
В1
(я2+©,?,• 4 Л
(12)
Крутизна реактивной проводимости внутреннего контура [5]:
В2.
1
(13)
Преобразование полиномиального фильтра в квазиполиномиальный (один вид контуров) подразумевает использование инвертора [3].
Выбираем индуктивную схему инвертора (рис.2), так как для (индуктивного) типа переключений от поддиапазона к подадапазону, она позволяет сохранить постоянство относительной полосы пропускания при перестройке [3].
Из [5] крутизна реактивной проводимости (В 1) крайнего контура:
Из [3] индуктивность инвертора
1
■^ш.лг — ~
W■a)n
ВУВ2Л 9, Яг
(14)
С учетом выше изложенного был рассчитан фильтр. Основные параметры перестраиваемого фильтра:
1. Сопротивление источника сигнала и нагрузки-75 Ом.
Таблица
N по МГц 1-кШ . нГн 1-к2Ы , нГн Ьоы, мкГн мкГн С к1,М , нФ С k2.Ni , нФ
ДА
3,054 20,75 21,16
3,166 19,32 20,42
3,283 18,00 19,69
3,403 16.75 19,00
3,528 15,60 18,33
3,657 14,53 17,68
3,791 13,53 17,05
1 3,930 133 128 2,96 6.561 12,60 16,45
4,074 11,73 15,87
4,223 10,93 15,31
4,378 10,18 14,77
4,539 9,40 14,24
4,705 8,80 13,74
4,87В 8,20 13,25
5,057 7,60 12,78
5,242 7,10 12,33
5.434 11,73 21,16
5,633 10,93 20,42
5,840 10,18 19,69
6,054 9,40 19,00
6,276 8,80 18,33
6,506 8,20 17,68
6,745 7,60 17,05
2 6,992 74,8 40.8 1,67 2.77 7,10 16,45
7,248 6.60 15,87
7,514 6,13 15,31
7,790 5,70 14,77
8,075 5,30 14,24
8,371 4,95 13,74
8,678 4,61 13,25
8.996 4,30 12,78
9.326 4,00 12,33
Приложение 1.
Vm\y_
_\_mv/_
I«
_\_rm/_
m
1 4.i4i
1Lrl1lrß
тСг'-г^
Г"Т
L,
_\_гт_У_
Г" I, I. I, I, I. _Vrm_/_
|AJTY\_/J
L
JV/m_/_
L
ПТ
-1- -Ч^У
jWjW 1У
Г"Г
/
-ЛгЖ;:«
MM
Г"~Т
l,
_Л_лт1_/ _Vjrn_/_
_\_ггл_/_
iy
ГТ
2. Нижняя рабочая частота настройки - 3 МГц.
3. Верхняя рабочая частота настройки при - 30 МГц.
4. Неравномерность АЧХ в диапазоне рабочих частот 3... 30 МГц ■> 0,5 дБ.
5. Относительная полоса пропускания: по уровню -3 дБ на нижней и верхней рабочих частотах - 3,45%.
6. Изменение абсолютной полосы пропускания при перестройке в диапазоне рабочих частот 3...30МГц-8%.
7. Относительная полоса заграждения 10%.
8. Затухание в полосе заграждения 30 дБ.
Величины элементов отображены в таблице. Значения частот и количество поддиапазонов взято из [6]. Во избежание загромождения статьи большим количеством данных в таблице приведены величины для первых двух поддиапазонов.
Вид трехконтурного перестраиваемого фильтра представлен в приложении 1.
Элементы схемы приложения 1, имеющие дополнительное обозначение в скобках, используются в двух поддиапазонах.
Схема (рис. 1) имеет:
1. Количество емкостей внутреннего контура - 64.
2. Количество емкостей крайних контуров -128.
Схема (приложение 1) имеет:
1. Количество емкостей внутреннего контура -16.
2. Количество емкостей крайних контуров - 80.
В результате сравнения:
1. Количество емкостей внутреннего контура в схеме (приложения 1) в 4 раза меньше.
2. Количество емкостей крайних контуров в схеме (приложения 1) в 1.6 раза меньше.
Библиографический список
1. A.C. 1438570 СССР. Переключаемое частотно-селективное устройство/ Д.С. Рябоконь и А.Г. Зиновьев (СССР) - Опубл. 23.09.90. - Бюлл.№ 35.
2. Буга H.H. и др. Радиоприемные устройства / Под ред. НИ. Чистякова. - М.: Радио и связь, 1986, - 320 с.
3. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. — М.: Связь, 1979. — 128с.
4. Маттей Д.Д., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Пер. с англ. / Под ред. Л.В. Алексеева, Ф.В. Кушнира. — N4.: Связь, 1971. — 441с.
5. Неворотов А.Б. Анализ схем связи с нагрузкой в перестраиваемом фильтре КВ-диапазона // Омский научный весгник. — 2003. — вып. 23. - С, 92-95.
6. Неворотов А.Б. Расчет количества микроподдиапазонов в перестраиваемом фильтре КВ-диапазона. // Омский научный вестник. - 2003.- вып. 24. - С. 90-91.
7. Пат.2076453. Широкодиадаэонный коммутируемый фильтр/ А.Г. Зиновьев, Д.С. Рябоконь. - Опубл. 27.03.1997.
НЕВОРОТОВ Алексей Борисович, аспирант кафедры средств связи.
Научный руководитель д.т.н., профессор, зав. кафедрой ССИБ Василий Андреевич Майстренко.
