Винахід відноситься до радіоелектроніці і може бути використано для частотної селекції високочастотних сигналів в радіотехнічних пристроях і для забезпечення електромагнітної сумісності радіоелектронних апаратур. Технічний результат полягає в збільшенні крутизни скатів амплітудно-частотної характеристики фільтра. Вузькосмуговий фільтр містить два коливальних контура і конденсатор зв'язку, при цьому в першому коливальному контурі перший висновок першої котушки індуктивності з'єднаний із загальним корпусом, а другий висновок першої котушки індуктивності підключений до входу фільтра, перший висновок другий котушки індуктивності підключений до входу фільтра, а другий висновок другий котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом конденсатора, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, у другому коливальному контурі перший висновок котушки індуктивності з'єднаний з ихід фільтра, а другий висновок котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом першого конденсатора другого коливального контуру, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, перший висновок другого конденсатора другого коливального контуру підключений до виходу фільтра, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, при цьому конденсатор зв'язку коливальних контурів включений між входом і виходом фільтра. 3 мул.
Винахід відноситься до радіоелектроніці і може бути використано для частотної селекції високочастотних сигналів в радіотехнічних системах і для забезпечення електромагнітної сумісності радіоелектронних апаратур.
Відомі вузькосмугові фільтри, виконані на основі паралельних контурів з зовнішніми індуктивними або зовнішніми ємнісними зв'язками (див. Алексєєв Л.В. Знаменський А.Є. Лоткова Е.Д. Електричні фільтри метрового і дециметрового діапазонів. - М. Зв'язок, 1976, 280 с .; рис.3.1, а, б, стор.85). Ці фільтри містять паралельні контури з близькими параметрами і широко застосовується в діапазоні частот до 500 МГц.
Основним недоліком даного типу вузькосмугових фільтрів є погана фізична реалізація елементів паралельних контурів. Відповідно до теорії фільтрів співвідношення, за яким визначається ємність конденсаторів паралельних контурів, має вигляд:
де k - номер контуру фільтра; α k - елемент низькочастотного прототипу; Δ ƒ - смуга пропускання фільтра; R1 - опір навантаження з боку входу; R2 - опір навантаження з боку виходу.
Як випливає з (1), при зменшенні смуги пропускання Δ ƒ істотно збільшується необхідна ємність паралельних контурів Ckƒ. що при незмінній налаштуванні контурів призводить до зменшення индуктивностей і власних добротностей контурів. В результаті цього значно зростають прямі втрати в смузі пропускання.
Дещо меншими прямими втратами мають вузькосмугові фільтри, виконані на основі послідовних контурів з внутрішніми ємнісними або внутрішніми індуктивними зв'язками (див. Алексєєв Л.В. Знаменський А.Є. Лоткова Е.Д. Електричні фільтри метрового і дециметрового діапазонів. - М. Зв'язок, 1976, 280 с .; рис.3.1, в, г, стор.85). Величина індуктивності послідовних контурів визначається наступним відомим співвідношенням:
Відповідно до (2) при зменшенні смуги пропускання Δ ƒ потрібна велика індуктивність послідовних контурів Lkƒ. що призводить до зменшення власного добротності послідовних контурів за рахунок прояву поверхневого ефекту на високих частотах і до збільшення прямих втрат фільтра в смузі пропускання.
Відомий також вузькосмуговий фільтр, який є прототипом запропонованого винаходу і містить два коливальних контура і конденсатор зв'язку коливальних контурів, при цьому в першому коливальному контурі перший висновок першої котушки індуктивності з'єднаний із загальним корпусом, а другий висновок першої котушки індуктивності підключений до входу вузькосмугового фільтра, перший висновок другий котушки індуктивності підключений до входу вузькосмугового фільтра, а другий висновок другий котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом конденсатора, друго- висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, у другому коливальному контурі перший висновок першої котушки індуктивності з'єднаний із загальним корпусом, а другий висновок першої котушки індуктивності підключений до виходу вузькосмугового фільтра, перший висновок другий котушки індуктивності підключений до виходу вузькосмугового фільтра, а другий висновок другий котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом конденсатора, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, при цьому конденсатор зв'язку коливальних контурів підключений відповідно до перших виведення м конденсаторів першого і другого коливальних контурів.
Хороша фізична реалізація елементів паралельних контурів забезпечена за рахунок того, що при частковому включенні контурів ємність конденсаторів паралельних контурів істотно зменшується і відповідно дорівнює
- коефіцієнт включення паралельного контуру.
Аналіз співвідношення (3) показує, що мала величина коефіцієнта включення
дозволяє зменшити ємність конденсаторів паралельних контурів і отримати їх високу добротність, що забезпечує невелику величину прямих втрат вузькосмугового фільтра.
Основним недоліком прототипу є мала величина крутизни скатів амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), що обумовлено монотонністю АЧХ прототипу в смузі затримання.
Завданням запропонованого винаходу є збільшення крутизни скатів амплітудно-частотної характеристики.
Поставлена задача досягається тим, що у відомому вузькополосному фільтрі, що містить два коливальних контура і конденсатор зв'язку коливальних контурів, при цьому в першому коливальному контурі перший висновок першої котушки індуктивності з'єднаний із загальним корпусом, а другий висновок першої котушки індуктивності підключений до входу вузькосмугового фільтра, перший висновок другий котушки індуктивності підключений до входу вузькосмугового фільтра, а другий висновок другий котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом конденсатора першого коливатель ного контуру, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, у другому коливальному контурі перший висновок котушки індуктивності з'єднаний з виходом вузькосмугового фільтра, а другий висновок котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом першого конденсатора другого коливального контуру, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, в другій коливальний контур додатково введено другу конденсатор, перший висновок якого підключений до виходу вузькосмугового фільтра, а другий висновок - до загального корпусу, при цьому конденсатор зв'язку колі ательних контурів включений між входом і виходом вузькосмугового фільтра, а коефіцієнти включення першого і другого коливальних контурів відповідно рівні
при цьому ємність конденсатора зв'язку коливальних контурів обрано рівної
де pL - коефіцієнт включення першого коливального контуру;
pC - коефіцієнт включення другого коливального контуру;
f0 - резонансна частота коливальних контурів;
f1 - верхня частота нуля коефіцієнта передачі, велика ніж f0;
f-1 - нижня частота нуля коефіцієнта передачі, менша ніж f 0.
На фіг.1 наведена принципова схема пропонованого вузькосмугового фільтра. На фіг.2 наведені схеми коливальних контурів з частковим включенням: а) - індуктивний включення; б) - ємнісний включення. На Фіг.3 наведена амплітудно-частотна характеристика пропонованого вузькосмугового фільтра (крива 1) і прототипу (крива 2).
Пропонований вузькосмуговий фільтр (фіг.1) містить котушку індуктивності 1 (L1), перший висновок якої з'єднаний із загальним корпусом, а другий висновок підключений до входу вузькосмугового фільтра. Перший висновок другий котушки індуктивності 2 (L2) підключений до входу вузькосмугового фільтра, а до другого висновку котушки індуктивності 2 (L2) підключений перший висновок конденсатора 3 (С2), другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом. Конденсатор зв'язку коливальних контурів 4 (С1) включений між входом і виходом вузькосмугового фільтра. Перший висновок конденсатора 6 (С4) з'єднаний з виходом вузькосмугового фільтра, а другий його висновок з'єднаний із загальним корпусом. Перший висновок котушки індуктивності 5 (L 3) з'єднаний з виходом вузькосмугового фільтра, а другий висновок котушки індуктивності 5 (L3) з'єднаний з першим виводом конденсатора 7 (С3), другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом.
Відзначимо, що під з'єднанням із загальним корпусом в пропонованому пристрої розуміється загальна шина з нульовим потенціалом.
Вузькосмуговий фільтр працює наступним чином. Структура пропонованого вузькосмугового фільтра, показаного на фіг.1, відповідає квазіполіноміальному смугасто-проникного фільтру другого порядку. На відміну від відомих реалізацій в даному вузькополосному фільтрі використано часткове індуктивне включення першого коливального контуру і часткове ємнісне включення другого коливального контуру. Як відомо, коливальні контури з частковим включенням мають властивості трансформувати підключаються навантаження з досить великим коефіцієнтом трансформації. Це забезпечує хорошу фізичну реалізованість реактивних елементів і малі прямі втрати. Включення конденсатора зв'язку (С1) 4 між входом і виходом вузькосмугового фільтра призвело до утворення двох послідовних контурів L2 C2 (елементи 2 і 3) і L3 C3 (елементи 5 і 7). Дані послідовні контури, включені відповідно на вході і виході вузькосмугового фільтра, забезпечують наявність нулів коефіцієнта передачі на частотах
де ƒ 1 - верхня частота нуля коефіцієнта передачі (ƒ 1> ƒ 0); ƒ -1 - нижня частота нуля коефіцієнта передачі (ƒ -1 <ƒ 0 ).
Значення частот ƒ ± 1 визначимо виходячи з наступного розгляду. Будемо вважати, що коливальний контур L1 L2 C2 в смузі робочих частот еквівалентний паралельного контуру, як показано на фіг.2, а. Еквівалентний контур налаштований на частоту f0. при цьому величина його ємності C 1f дорівнює:
Умова еквівалентності коливальних контурів, показаних на Фіг.2, а, має вигляд:
де B1 - реактивна провідність контуру C1ƒ L1ƒ; Bƒ 1 - реактивна провідність контуру L1 L2 C2.
З умови (7) неважко отримати, що:
Коефіцієнт включення коливального контуру L1 L2 C2 при відомих значеннях елементів L1 і L2 дорівнює
Будемо вважати, що коливальний контур L3 C3 C4 в смузі робочих частот еквівалентний паралельного контуру, як показано на фіг.2, б. Еквівалентний контур налаштований на частоту f0. при цьому величина його ємності C2f дорівнює:
Умова еквівалентності коливальних контурів, показаних на Фіг.2, б, має вигляд:
де В2 - реактивна провідність контуру C2ƒ L2ƒ; Bƒ -1 - реактивна провідність контуру L3 C3 C4.
З умови (13) отримані наступні співвідношення:
Коефіцієнт включення коливального контуру L3 C3 C4 при відомих значеннях елементів С3 і С4 дорівнює
На основі виразів (8) - (11) і (14) - (17) для заданих значень частот f1 і f1 визначаються значення елементів і коефіцієнти включення. Відзначимо, що резонансна частота коливальних контурів з ємнісний зв'язком в вузькосмугових фільтрах в першому наближенні визначається співвідношенням
де ƒ 0ƒ - центральна частота смуги пропускання вузькосмугового фільтра.
Для пропонованого вузькосмугового фільтра в якості прикладу були взяті такі вихідні дані: ƒ 0ƒ = 100 МГц, Δ ƒ = 1 МГц, ƒ 1 = 110 МГц і ƒ -1 = 90 МГц. Для цього прикладу по співвідношенням (8) - (11) і (14) - (17) були розраховані значення елементів: З 1 = 33,60 пФ; L1 = 7,553 нГн; L2 = 40,58 нГн; С2 = 51,64 пФ; С3 = 112,40 пФ; L3 = 27,95 нГн; С4 = 431,41 пФ; ƒ 0 = ƒ 0ƒ + Δ ƒ = 101 МГц. Результати моделювання амплітудно-частотної характеристики вузькосмугового фільтра представлені на Фіг.3 (лінія 1). На Фіг.3 також показана амплітудно-частотна характеристика прототипу (лінія 2). Як видно з розгляду графіків Фіг.3, пропонований вузькосмуговий фільтр за рахунок двох нулів коефіцієнта передачі, симетрично розташованих відносно центральної частоти смуги пропускання фільтра ƒ 0ƒ. має істотно більш високу крутизну схилів амплітудно-частотної характеристики.
Крім того, перевагою пропонованого вузькосмугового фільтра є можливість довільного вибору частот ƒ 1 і ƒ -1. на яких коефіцієнт передачі дорівнює нулю, що буває корисним при забезпеченні електромагнітної сумісності різних радіоелектронних пристроїв.
формула винаходу
Вузькосмуговий фільтр, що містить два коливальних контура і конденсатор зв'язку коливальних контурів, при цьому в першому коливальному контурі перший висновок першої котушки індуктивності з'єднаний із загальним корпусом, а другий висновок першої котушки індуктивності підключений до входу вузькосмугового фільтра, перший висновок другий котушки індуктивності підключений до входу вузькосмугового фільтра, а другий висновок другий котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом конденсатора, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, у другому коливальним контурі перший висновок котушки індуктивності з'єднаний з виходом вузькосмугового фільтра, а другий висновок котушки індуктивності з'єднаний з першим виводом першого конденсатора другого коливального контуру, другий висновок якого з'єднаний із загальним корпусом, що відрізняється тим, що в другій коливальний контур додатково введено другу конденсатор, перший висновок якого підключений до виходу вузькосмугового фільтра, а другий висновок - до загального корпусу, при цьому конденсатор зв'язку коливальних контурів включений між входом і виходом вузькосмугового фільтра, а коефіцієнти включення першого і другого коливальних контурів відповідно рівні -
при цьому ємність конденсатора зв'язку коливальних контурів обрано рівної
де pL - коефіцієнт включення першого паралельного контуру;
Рc - коефіцієнт включення другого паралельного контуру;
f0 - резонансна частота паралельних контурів;
f1 - верхня частота нуля коефіцієнта передачі фільтра, велика, ніж f 0;
f-1 - нижня частота нуля коефіцієнта передачі фільтра, менша, ніж f0.
α 1 - значення першого елемента низькочастотного прототипу двоконтурного фільтра;
α 2 - значення другого елементу низькочастотного прототипу двоконтурного фільтра;
R1 - значення опору навантаження з боку входу вузькосмугового фільтра;
R2 - значення опору навантаження з боку виходу вузькосмугового фільтра.