Полосовой дискретно перестраиваемый lc-фильтр

Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора профессионального радиоприемного устройства.

Известен полосовой фильтр, содержащий несколько каскадно соединенных лестничных звеньев, в поперечных ветвях которого включены параллельные контура, а в продольных - конденсаторы [1]. Изменяя реактивные составляющие поперечных ветвей этого фильтра, можно получить перестраиваемый по частоте полосовой фильтр. Фильтры с емкостной связью, у которых для перестройки по частоте используют конденсаторы, подключенные параллельно катушке индуктивности, достаточно технологичны, поскольку все перестраиваемые конденсаторы соединены с общей шиной, и кроме того, такие схемы содержат минимальное число индуктивных элементов, что позволяет при меньших производственных затратах обеспечить наиболее высокий коэффициент передачи фильтра.

Такой тип фильтра является наиболее близким к предлагаемому нами решению и выбран в качестве прототипа.

При всех указанных достоинствах прототипа перед другими типами перестраиваемых фильтров он имеет тот недостаток, что в процессе перестройки неравномерность его характеристики и коэффициент передачи на средней частоте ухудшаются.

Это свойство становится очевидным, если эту схему заменить соответствующей эквивалентной схемой симметричного моста с сопротивлениями его ветвей Z_а и Z_в. В самом деле при указанной системе перестройки, когда емкости связи и индуктивности контуров остаются неизменными, частоты параллельных резонансов двухполюсников Z_а и Z_в изменяются, а частоты их последовательных резонансов остаются неизменными. Это приводит к образованию полосы задерживания на средней частоте фильтра и, следовательно, к уменьшению коэффициента передачи и увеличению неравномерности в средней части полосы пропускания, что не позволяет перестраивать фильтр в сколь-либо практически приемлемых пределах.

Задача изобретения - улучшение коэффициента передачи и улучшение неравномерности амплитудной характеристики фильтра в рабочей полосе частот в процессе перестройки.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее первую катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с входной потенциальной клеммой устройства, а второй ее вывод соединен с общей шиной, параллельно этой катушки индуктивности подключен первый конденсатор, вторую катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, второй вывод этой катушки соединен с общей шиной, а параллельно ей подключен второй конденсатор, к входной потенциальной клемме устройства подключен третий конденсатор, ко второму выводу которого подключены четвертый и пятый конденсаторы и третья катушка индуктивности, при этом второй вывод четвертого конденсатора и второй вывод третьей катушки индуктивности соединены с общей шиной, а второй вывод пятого конденсатора соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, согласно изобретению введен дополнительно магазин дискретных конденсаторов, содержащий N секций и три потенциальные шины, первая из которых подключена к входной потенциальной клемме устройства, вторая соединена с выходной потенциальной клеммой устройства, третья подключена ко второму выводу третьего конденсатора, при этом каждая секция магазина дискретных конденсаторов содержит шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый конденсаторы, первый вывод шестого конденсатора подключен к подвижному контакту первого коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с первой потенциальной шиной, к первому выводу шестого конденсатора подключен седьмой конденсатор, ко второму выводу которого подключены восьмой и девятый конденсаторы и подвижной контакт второго коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с третьей потенциальной шиной, второй вывод девятого конденсатора соединен с первым выводом десятого конденсатора и с подвижным контактом третьего коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен со второй потенциальной шиной, при этом вторые выводы шестого, восьмого и десятого конденсаторов соединены с общей шиной.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое решение отличается от прототипа тем, что содержит дополнительный магазин дискретных конденсаторов, содержащий N секций и три потенциальные шины, первая из которых подключена к входной потенциальной клемме устройства, вторая потенциальная шина подключена к выходной потенциальной клемме устройства, третья потенциальная шина подключена ко второму выводу третьего конденсатора, при этом каждая секция дискретного конденсатора содержит шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый конденсаторы, первый вывод шестого конденсатора подключен к подвижному контакту первого коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с первой потенциальной шиной, к первому выводу шестого конденсатора подключен седьмой конденсатор, ко второму выводу которого подключены восьмой и девятый конденсаторы и подвижный контакт второго коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с третьей потенциальной шиной, второй вывод девятого конденсатора соединен с первым выводом десятого конденсатора и с подвижным контактом третьего коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с второй потенциальной шиной, при этом вторые выводы шестого, восьмого и десятого конденсаторов соединены с общей шиной.

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На фигуре приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из первой катушки индуктивности 1, подключенной к входной потенциальной клемме устройства, первого конденсатора 2, включенного параллельно этой катушке, вторые выводы первой катушки и первого конденсатора соединены с общей шиной. Устройство содержит вторую катушку индуктивности 3, подключенную к выходной потенциальной клемме, второй конденсатор 4, включенный параллельно второй катушке индуктивности, вторые выводы катушки 3 и конденсатора 4 соединены с общей шиной, к входной клемме устройства подключен третий конденсатор 5, ко второму выводу которого подключены четвертый конденсатор 6, пятый конденсатор 7 и третья катушка индуктивности 8, при этом вторые выводы конденсатора 6 и катушки индуктивности 8 соединены с общей шиной, а второй вывод конденсатора 7 соединен с выходной потенциальной клеммой устройства. Кроме того, согласно изобретению, дополнительно введен магазин дискретных конденсаторов 9, содержащий N секций 10 и три потенциальные шины 11, 12, 13, первая из которых 11 подключена к выходной потенциальной клемме, вторая шина 12 подключена к выходной потенциальной клемме, третья шина 13 подключена ко второму выводу конденсатора 5, при этом каждая секция содержит шестой 14, седьмой 15, восьмой 16, девятый 17 и десятый 18 конденсаторы, первый вывод конденсатора 14 подключен к подвижному контакту первого коммутационного элемента 19, неподвижный контакт которого соединен с первой шиной 11, к первому выводу шестого конденсатора 14 подключен седьмой конденсатор 15, ко второму выводу которого подключены восьмой 16 и девятый 17 конденсаторы и подвижный контакт второго коммутационного элемента 20, неподвижный контакт которого соединен с третьей потенциальной шиной 13, второй вывод девятого конденсатора 17 соединен с первым выводом десятого конденсатора 18 и с подвижным контактом третьего коммутационного элемента 21, неподвижный контакт которого соединен с второй потенциальной шиной 12, при этом вторые выводы конденсаторов 14, 16, 18 соединены с общей шиной.

Устройство работает следующим образом.

Цепь, состоящая из катушек индуктивности 1, 3, 8 и конденсаторов 2, 4, 5, 6, 7, представляет собой трехконтурный полосовой фильтр с емкостными связями между контурами. Это фильтр второго класса по сопротивлению и второго класса по затуханию, его характеристическая фаза на средней частоте равна π радиан. Входное сопротивление такого фильтра на средней частоте всегда равно выходному нагрузочному сопротивлению и не зависит от характеристического. Это обеспечивает неизменным согласование сопротивлений источника сигнала и нагрузочного сопротивления в том случае, когда при изменении частоты настройки фильтра за счет одновременного и пропорционального изменения всех входящих в него емкостей относительная ширина полосы пропускания остается неизменной, а характеристическая фаза на средней частоте остается равной π радиан.

Поэтому при подключении одной или нескольких секций одновременно к исходному основному фильтру (ключи каждой из секций в исходном положении разомкнуты, а при подключении секции все одновременно замыкаются) происходит одновременное увеличение всех емкостей исходного фильтра и его рабочая частота понижается, а коэффициент передачи на средней частоте остается неизменным.

Значения конденсаторов в первой секции подобраны так, что их подключение к основному фильтру приводит к одинаковому относительному изменению емкостей входящих в него конденсаторов.

Значения номиналов конденсаторов второй секции удвоены по сравнению с соответствующими номиналами конденсаторов первой секции. В третьей секции эти значения также удвоены по сравнению с номиналами второй секции и т.д.

Таким образом, подключение определенного набора секции дискретного конденсатора позволяет настроить фильтр на заданную рабочую частоту, а за счет того, что на средней частоте и частотах, близких к ней, фильтр работает как идеальный трансформатор с коэффициентом трансформации, равным единице и не зависящим от изменения характеристического сопротивления, устройство обеспечивает большой коэффициент перекрытия при перестройке, сохраняя неизменным коэффициент передачи.

Источники информации

1. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. Изд. «Связь», М. 1979 г.

Полосовой дискретно перестраиваемый LC-фильтр, содержащий первую катушку индуктивности, подключенную к входной потенциальной клемме устройства, второй вывод которой соединен с общей шиной, параллельно этой катушке индуктивности подключен первый конденсатор, вторую катушку индуктивности, подключенную к выходной потенциальной клемме устройства, второй вывод катушки индуктивности соединен с общей шиной, параллельно второй катушке индуктивности подключен второй конденсатор, к входной потенциальной клемме устройства подключен третий конденсатор, ко второму выводу которого подключены четвертый и пятый конденсаторы и третья катушка индуктивности, при этом второй вывод четвертого конденсатора и второй вывод третьей катушки индуктивности соединены с общей шиной, а второй вывод пятого конденсатора соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, отличающийся тем, что содержит дополнительный магазин дискретных конденсаторов, содержащий N секций и три потенциальные шины, первая из которых подключена к входной потенциальной клемме устройства, вторая потенциальная шина подключена к выходной потенциальной клемме устройства, третья потенциальная шина подключена ко второму выводу третьего конденсатора, при этом каждая секция дискретного конденсатора содержит шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый конденсаторы, первый вывод шестого конденсатора подключен к подвижному контакту первого коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с первой потенциальной шиной, к первому выводу шестого конденсатора подключен седьмой конденсатор, ко второму выводу которого подключены восьмой и девятый конденсаторы и подвижный контакт второго коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с третьей потенциальной шиной, второй вывод девятого конденсатора соединен с первым выводом десятого конденсатора и с подвижным контактом третьего коммутационного элемента, неподвижный контакт которого соединен с второй потенциальной шиной, при этом вторые выводы шестого, восьмого и десятого конденсаторов соединены с общей шиной.