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. Это устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.

Анализ прототипа показал, что при перестройке в диапазоне частот он не обеспечивает достаточного согласования и повышения КБВ в каждой его достаточно широкой полосе пропускания. Кроме того, большое число перестраиваемых элементов значительно усложняют процесс настройки фильтра гармоник при изготовлении, повышая его трудоемкость.

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.

Задача изобретения - обеспечение согласования фильтра гармоник во всем рабочем диапазоне частот радиопередатчика при одновременном упрощении процессов настройки при изготовлении и перестройке фильтра гармоник во время работы в составе передатчика.

Указанная задача решается тем, что в фильтр гармоник коротковолнового передатчика, содержащий N переключаемых по входу и выходу при помощи входных и выходных переключателей LC-фильтров, каждый из которых содержит первую и вторую катушки индуктивности в продольных плечах, соединенные между собой, и конденсатор, включенный между точкой соединения катушек индуктивности и общей шиной, при этом каждый входной переключатель включен между входным разъемом и первой катушкой индуктивности соответствующего LC-фильтра, а каждый выходной переключатель включен между второй катушкой индуктивности соответствующего LC-фильтра и выходным разъемом, введен дополнительно конденсатор переменной емкости, общий для всех LC-фильтров, а в каждый LC-фильтр введена дополнительная индуктивность, подключенная параллельно конденсатору и одновременно подключенная к конденсатору переменной емкости через один из N дополнительно введенных переключателей, при этом в каждом LC-фильтре первая катушка индуктивности индуктивно связана со второй катушкой индуктивности, причем магнитные потоки индуктивно связанных катушек индуктивности направлены навстречу друг другу, а конденсатор переменной емкости преимущественно выполнен в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления.

На фигуре приведена схема заявленного устройства в исходном состоянии. Фильтр гармоник коротковолнового передатчика содержит N переключаемых по входу и выходу при помощи входных 1 и выходных 2 переключателей LC-фильтров 3, каждый из которых содержит первую 4 и вторую 5 катушки индуктивности в продольных плечах, соединенные между собой, и конденсатор 6, включенный между точкой соединения катушек индуктивности и общей шиной, при этом каждый входной переключатель 1 включен между входным разъемом 7 и первой катушкой индуктивности 4 соответствующего LC-фильтра 3, а каждый выходной переключатель 2 включен между второй катушкой индуктивности 5 соответствующего LC-фильтра 3 и выходным разъемом 8. Дополнительно введен конденсатор 9 переменной емкости, общий для всех LC-фильтров, а в каждый LC-фильтр 3 введена дополнительная индуктивность 10, подключенная параллельно конденсатору 6 и одновременно подключенная к конденсатору 9 переменной емкости через один из N дополнительно введенных переключателей 11, при этом в каждом LC-фильтре 3 первая катушка индуктивности 4 индуктивно связана с второй катушкой индуктивности 5, причем магнитные потоки индуктивно связанных катушек индуктивности направлены навстречу друг другу, а взаимоиндуктивность [3] равна М. Конденсатор 9 переменной емкости выполнен в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления 12.

Фильтр гармоник представляет собой набор из N полосовых перестраиваемых LC-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. Кроме того, в полосе задерживания LC-фильтра справа от частоты настройки имеем полюс затухания, частота которого зависит от величины коэффициента связи [3] между первой и второй катушками индуктивности и при некотором его значении, то есть при определенном расстоянии между катушками индуктивности, может совпадать с частотой 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. Каждый полосовой LC-фильтр перестраивается в соответствующем ему поддиапазоне частот при помощи конденсатора переменной емкости.

Фильтр гармоник коротковолнового передатчика работает следующим образом.

Выходной сигнал усилителя мощности передатчика вместе с гармоническими составляющими сигнала поступают на входной разъем 7 фильтра гармоник, предварительно включенного и настроенного на частоту сигнала. Частота основного сигнала находится в полосе частот одного из поддиапазонов, то есть в полосе частот соответствующего LC-фильтра 3, поэтому при помощи устройства управления 12 включены соответствующие данному LC-фильтру 3 входной 1 и выходной 2 переключатели, а конденсатор 9 переменной емкости подключен к дополнительной катушке индуктивности 10 включенного LC-фильтра через соответствующий переключатель 11. На конденсаторе 9 переменной емкости при помощи устройства управления 12 предварительно установлено значение емкости, обеспечивающее настройку фильтра гармоник на заданную частоту. В результате сигнал проходит на выходной разъем 8 фильтра гармоник через соответствующий LC-фильтр 3 с минимальными потерями и максимальным КБВ на частоте настройки.

Заявленный фильтр гармоник коротковолнового передатчика обеспечивает согласование во всем рабочем диапазоне частот на любой из частот настройки и, как результат, уменьшение затухания 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. Кроме того, подавление второй и в большей степени третьей гармоник сигнала увеличивается благодаря наличию полюса затухания, частота которого зависит от величины коэффициента связи между первой и второй катушками индуктивности в каждом LC-фильтре и может совпадать с частотой третьей гармоники передаваемого сигнала. Можно отметить еще одно достоинство заявленного фильтра гармоник - уровень третьей гармоники сигнала на выходе значительно меньше уровня второй гармоники, что компенсирует обратное соотношение уровней 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. - c.131.

3. Справочник по радиотехнике: Под ред. Б.А. Смиренина. - М., Л.: Госэнергоиздат, 1950. - с.54, 55.