Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТР ГАРМОНИК КОРОТКОВОЛНОВОГО ПЕРЕДАТЧИКА

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в фильтрах гармоник усилителей мощности широкодиапазонных радиопередатчиков.

Для передачи высокочастотных сигналов с подавленными до требуемого уровня гармоническими составляющими в фильтрах гармоник коротковолновых радиопередатчиков обычно применяются фильтры нижних частот (ФНЧ) [1]. Исходя из требований к фильтрации высших гармоник, начиная со второй, фильтры проектируются на заданное значение затухания в полосе задерживания. При этом коэффициент перекрытия поддиапазонов по частоте выбирают обычно в пределах 1,4…1,8, то есть для коротковолнового передатчика, перекрывающего диапазон частот 1,5…30 МГц, потребуется от девяти до пяти фильтров соответственно, причем чем меньше количество фильтров, тем сложнее их структура. Поддиапазонные фильтры переключаются, как правило, при помощи реле, включенных на входе и выходе каждого фильтра.

Главными недостатками фильтров гармоник на основе переключаемых ФНЧ являются сложность в настройке, а также необходимость высокой точности изготовления катушек индуктивности и применения конденсаторов с малыми отклонениями емкости от номинальных значений, то есть более дорогих. В противном случае не удается обеспечить необходимый уровень согласования фильтра гармоник, так как коэффициент бегущей волны (КБВ) на входе фильтра гармоник наиболее чувствителен к точности его настройки. Кроме того, фильтры гармоник на основе переключаемых ФНЧ имеют большие габаритные размеры и массу, поскольку из всего набора переключаемых фильтров в работе находится только один [1].

В [2] проблему увеличенных размеров и массы фильтра гармоник решили следующим образом: уменьшили количество ФНЧ для диапазона частот 1,6…30 МГц до двух, но все L- и С-элементы выполнили переменными. При этом значительно возросли трудности согласования фильтра гармоник и повышения КБВ в каждой его достаточно широкой полосе пропускания.

Более рационально проблему согласования фильтра гармоник можно решить, взяв за основу не ФНЧ, а полосовые перестраиваемые фильтры, и обеспечивать согласование только на частоте передаваемого сигнала. Такое устройство, представленное в [3], выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.

Анализ прототипа показал, что он не обеспечивает достаточного согласования при перестройке в диапазоне частот, имеет большое затухание в полосе пропускания и малое затухание в полосе задерживания.

Задача изобретения - обеспечение согласования фильтра гармоник во всем рабочем диапазоне частот радиопередатчика и повышение коэффициента передачи при одновременном снижении уровня гармонических составляющих передаваемого сигнала.

Указанная задача решается тем, что в фильтр гармоник коротковолнового передатчика, содержащий в средней своей части N средних катушек индуктивности, где N - число частотных поддиапазонов, первый конденсатор переменной емкости, подключаемый к первому выводу каждой средней катушки индуктивности при помощи одного из N первых переключателей, и второй конденсатор переменной емкости, подключаемый к второму выводу каждой средней катушки индуктивности при помощи одного из N вторых переключателей, введены дополнительно N входных Г-образных звеньев, каждое из которых состоит из двух катушек индуктивности, точка соединения которых соединена с первым выводом соответствующей средней катушки индуктивности, а входная катушка индуктивности входного Г-образного звена индуктивно связана со средней катушкой индуктивности, и N выходных Г-образных звеньев, каждое из которых состоит из двух катушек индуктивности, точка соединения которых соединена с вторым выводом соответствующей средней катушки индуктивности, а выходная катушка индуктивности выходного Г-образного звена индуктивно связана со средней катушкой индуктивности, при этом вход каждого входного Г-образного звена подключен к входному разъему фильтра гармоник через соответствующий входной переключатель, а выход каждого выходного Г-образного звена подключен к выходному разъему фильтра гармоник через соответствующий выходной переключатель, причем первый и второй конденсаторы переменной емкости преимущественно выполнены в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления, при этом магнитные потоки индуктивно связанных входной катушки индуктивности входного Г-образного звена и средней катушки индуктивности, а также магнитные потоки индуктивно связанных выходной катушки индуктивности выходного Г-образного звена и средней катушки индуктивности направлены навстречу друг другу.

На фигуре приведена схема заявленного устройства в исходном состоянии. Фильтр гармоник коротковолнового передатчика содержит в средней своей части N средних катушек индуктивности 1, где N - число частотных поддиапазонов, первый конденсатор 2 переменной емкости, подключаемый к первому выводу каждой средней катушки индуктивности при помощи одного из N первых переключателей 3, и второй конденсатор 4 переменной емкости, подключаемый к второму выводу каждой средней катушки индуктивности при помощи одного из N вторых переключателей 5. Введены дополнительно N входных Г-образных звеньев 6, каждое из которых состоит из двух катушек индуктивности, точка соединения которых соединена с первым выводом соответствующей средней катушки индуктивности 1, при этом входная катушка индуктивности 7 входного Г-образного звена 6 индуктивно связана со средней катушкой индуктивности 1 с взаимоиндуктивностью [4], равной М. Также введены дополнительно N выходных Г-образных звеньев 8, каждое из которых состоит из двух катушек индуктивности, точка соединения которых соединена с вторым выводом соответствующей средней катушки индуктивности 1, при этом выходная катушка индуктивности 9 выходного Г-образного звена 8 индуктивно связана со средней катушкой индуктивности 1 с взаимоиндуктивностью [4], равной М. Вход каждого входного Г-образного звена 6 подключен к входному разъему 10 фильтра гармоник через соответствующий входной переключатель 11, а выход каждого выходного Г-образного звена 8 подключен к выходному разъему 12 фильтра гармоник через соответствующий выходной переключатель 13. Первый 2 и второй 4 конденсаторы переменной емкости выполнены в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления 14.

Фильтр гармоник представляет собой набор из N полосовых перестраиваемых фильтров с асимметричной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), приближающейся к АЧХ ФНЧ, то есть затухание в полосе задерживания справа от частоты настройки значительно больше (на десятки дБ) затухания в полосе задерживания слева от частоты настройки. Каждый полосовой фильтр перестраивается в соответствующем ему поддиапазоне частот при помощи конденсаторов переменной емкости.

Фильтр гармоник коротковолнового передатчика работает следующим образом.

Выходной сигнал усилителя мощности передатчика вместе с гармоническими составляющими сигнала поступают на вход 10 фильтра гармоник, предварительно включенного и настроенного на частоту сигнала. Частота основного сигнала находится в полосе частот одного из поддиапазонов, поэтому при помощи устройства управления 14 включены соответствующие включенному поддиапазону входной 11 и выходной 13 переключатели, а первый 2 и второй 4 конденсаторы переменной емкости подключены к соответствующей средней катушке индуктивности 1 через соответствующие первый 3 и второй 5 переключатели. На конденсаторах 2 и 4 переменной емкости при помощи устройства управления 14 предварительно установлены значения емкостей, обеспечивающие настройку фильтра гармоник на заданную частоту. В результате сигнал проходит на выход 12 фильтра гармоник через соответствующие входное Г-образное звено 6, среднюю катушку индуктивности 1 и выходное Г-образное звено 8 с минимальными потерями и максимальным КБВ на частоте настройки. А благодаря наличию индуктивной связи между входной катушкой индуктивности 7 входного Г-образного звена 6 и средней катушкой индуктивности 1, а также благодаря наличию индуктивной связи между выходной катушкой индуктивности 9 выходного Г-образного звена 8 и средней катушкой индуктивности 1 в полосе задерживания включенного фильтра возникает полюс затухания с частотой, примерно равной или близкой (в зависимости от частоты настройки) частоте третьей гармоники передаваемого сигнала. Полюс затухания возникает благодаря тому, что индуктивно связанные катушки индуктивности имеют взаимно противоположное направление намотки, что и обеспечивает встречное направление их магнитных потоков при соответствующем взаимном расположении катушек индуктивности. При этом катушки индуктивности 7 и 9 расположены относительно соответствующей средней катушки индуктивности 1 на определенном расстоянии от нее, так как от величины индуктивной связи между катушками индуктивности зависит частота полюса затухания и уровень подавления гармонических составляющих передаваемого сигнала.

Заявленный фильтр гармоник коротковолнового передатчика обеспечивает согласование во всем рабочем диапазоне частот на любой из частот настройки и, как результат, уменьшение затухания передаваемого сигнала. Одновременно фильтр гармоник обеспечивает повышенную избирательность, причем благодаря асимметричной АЧХ, включенного перестраиваемого полосового фильтра, приближающейся к АЧХ ФНЧ, уровень гармонических составляющих сигнала на выходе фильтра гармоник достаточно низкий, в том числе благодаря наличию полюса затухания. Можно отметить еще одно достоинство заявленного фильтра гармоник - уровень третьей гармоники сигнала на выходе значительно меньше, чем уровень второй гармоники, что компенсирует обратное соотношение гармоник на выходе усилителя мощности. Кроме того, заявленный фильтр гармоник по сравнению с обычными фильтрами гармоник на основе переключаемых ФНЧ обеспечивает исключение трудоемкой операции настройки фильтра гармоник при его изготовлении. Настройка осуществляется программным способом в автоматическом режиме до получения максимального значения КБВ на каждой задаваемой с определенным шагом частоте настройки. Результаты настройки сохраняются в устройстве управления и используются во время работы фильтра гармоник в составе передатчика. При таком способе настройки не требуется применение в фильтре гармоник конденсаторов с малыми отклонениями емкости от номинальных значений.

Источники информации

1. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А Ляховкин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2003. - c.205…208.

2. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - с.131.

3. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - с.143.

4. Справочник по радиотехнике. Под ред. Б.А. Смиренина. - М., Л.: Госэнергоиздат, 1950. - с.54.