RU2527745C1 - Frequency-selective device - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: frequency-selective device has, in its middle part, N switchable and tunable LC filters, each having in the longitudinal arm an inductance coil and in transverse arms first and second variable capacitors, respectively, that are common for all LC filters, and each LC filter includes an additional input inverted L-shaped half-link consisting of an inductance coil and a capacitor, the point of connection of which is connected to the first lead of the inductance coil of the LC filter, and an output inverted L-shaped half-link consisting of an inductance coil and a capacitor, switches and a step-down autotransformer.

EFFECT: low attenuation in the transmission band, high attenuation in the stop-band of the frequency-selective device and minimising changes in parameters thereof when tuning in the operating frequency range.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве перестраиваемого преселектора радиоприемных устройств или частотного селектора в возбудителях широкодиапазонных радиопередатчиков.The invention relates to the field of radio engineering and can be used as a tunable preselector of radio receivers or a frequency selector in the causative agents of wide-range radio transmitters.

Известно частотно-селективное устройство в виде набора переключаемых субоктавных фильтров [1]. Данное устройство обеспечивает минимальные изменения параметров в широком диапазоне частот, но не имеет достаточной избирательности. А увеличивать количество фильтров до нескольких десятков и при этом усложнять их для выполнения повышенных требований по избирательности (например, при отстройке на ±5%, ±10% от частоты входного сигнала) практически нецелесообразно. Поэтому во входных цепях радиоприемных устройств применяют различные варианты контуров или фильтров, перестраиваемых при помощи конденсаторов переменной емкости, которые могут быть выполнены в виде набора дискретных конденсаторов [2]. Однако одно- и двухконтурные частотно-селективные устройства не обеспечивают необходимой "диапазонности" - одного из основных качественных показателей перестраиваемого в диапазоне частот входного устройства радиоприемника [3]. Изменения параметров трехконтурных полосовых фильтров при перестройке в широком диапазоне частот значительно меньше, чем у двухконтурных фильтров [4], а также меньше по сравнению с четырехконтурными фильтрами, благодаря большей стабильности затухания сигнала на средней частоте полосы пропускания.Known frequency-selective device in the form of a set of switched sub-octave filters [1]. This device provides minimal parameter changes in a wide frequency range, but does not have sufficient selectivity. And to increase the number of filters to several tens and at the same time complicate them to meet the increased requirements for selectivity (for example, when tuning by ± 5%, ± 10% of the frequency of the input signal) it is practically inexpedient. Therefore, in the input circuits of radio receivers, various circuits or filters are used, tunable with variable capacitors, which can be made as a set of discrete capacitors [2]. However, single- and dual-circuit frequency-selective devices do not provide the necessary "range" - one of the main quality indicators tunable in the frequency range of the input device of the radio [3]. Changes in the parameters of three-band bandpass filters during tuning in a wide frequency range are much smaller than those of two-band filters [4], and also smaller than four-band filters, due to the greater stability of signal attenuation at the middle frequency of the passband.

Известно частотно-селективное устройство, представляющее собой набор многозвенных полосовых фильтров, перестраиваемых в диапазоне частот при помощи конденсаторов переменной емкости [5]. Данное устройство имеет очень сложную структуру, характеризующуюся наличием большого количества перестраиваемых двухконтурных полосовых и согласующих звеньев, что практически исключает возможность автоматизации процесса настройки частотно-селективного устройства при его изготовлении.A frequency-selective device is known, which is a set of multi-link bandpass filters tunable in the frequency range using variable capacitors [5]. This device has a very complex structure, characterized by the presence of a large number of tunable double-circuit strip and matching links, which virtually eliminates the possibility of automating the process of setting up a frequency-selective device in its manufacture.

Частотно-селективное устройство, представленное в [6], является наиболее близким к предлагаемому, так как содержит три переключаемых и перестраиваемых LC-фильтра, каждый из которых содержит в средней своей части П-образное звено, в продольном плече которого включена катушка индуктивности, подключаемая к общим для всех LC-фильтров двум конденсаторам переменной емкости в поперечных плечах. Данное устройство можно принять за прототип.The frequency-selective device presented in [6] is the closest to the proposed one, since it contains three switchable and tunable LC filters, each of which contains a U-shaped link in its middle part, in the longitudinal arm of which an inductance coil is connected, which is connected common to all LC filters are two capacitors of variable capacitance in the transverse arms. This device can be mistaken for a prototype.

Анализ прототипа показал, что он не обеспечивает достаточного согласования при перестройке в диапазоне рабочих частот, имеет большое затухание в полосе пропускания и малое затухание в полосе задерживания. В первую очередь, недостатки прототипа обусловлены тем, что емкости конденсаторов, включенных на входе и выходе частотно-селективного устройства, постоянны во всем диапазоне частот.Analysis of the prototype showed that it does not provide sufficient coordination during tuning in the range of operating frequencies, has a large attenuation in the passband and a small attenuation in the delay band. First of all, the disadvantages of the prototype are due to the fact that the capacitance of the capacitors included in the input and output of a frequency-selective device is constant in the entire frequency range.

Задачей изобретения является уменьшение затухания в полосе пропускания, повышение затухания в полосе задерживания частотно-селективного устройства и минимизация изменений его параметров при перестройке в диапазоне рабочих частот.The objective of the invention is to reduce the attenuation in the passband, increase the attenuation in the stopband of the frequency selective device and minimize changes in its parameters when tuning in the range of operating frequencies.

Указанная задача решается тем, что в частотно-селективное устройство, содержащее N переключаемых и перестраиваемых LC-фильтров, каждый из которых содержит в средней своей части в продольном плече катушку индуктивности, а в поперечных плечах - первый и второй конденсаторы переменной емкости соответственно, общие для всех LC-фильтров, в каждый LC-фильтр введено дополнительно входное Г-образное полузвено, состоящее из катушки индуктивности и конденсатора, точка соединения которых соединена с первым выводом катушки индуктивности LC-фильтра, и выходное Г-образное полузвено, состоящее из катушки индуктивности и конденсатора, точка соединения которых соединена с вторым выводом катушки индуктивности LC-фильтра, при этом вход каждого входного Г-образного полузвена подключен к входному разъему частотно-селективного устройства через соответствующий входной переключатель, а выход каждого выходного Г-образного полузвена подключен к выходному разъему частотно-селективного устройства через соответствующий выходной переключатель, причем первый конденсатор переменной емкости подключается при помощи одного из N первых переключателей к первому выводу катушки индуктивности соответствующего LC-фильтра через введенный в каждый LC-фильтр первый понижающий автотрансформатор, а второй конденсатор переменной емкости, подключается при помощи одного из N вторых переключателей к второму выводу катушки индуктивности соответствующего LC-фильтра через введенный в каждый LC-фильтр второй понижающий автотрансформатор, причем первый и второй конденсаторы переменной емкости выполнены в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления.This problem is solved in that in a frequency-selective device containing N switchable and tunable LC filters, each of which contains an inductance coil in its middle part in the longitudinal arm, and in the transverse arms the first and second variable capacitors, respectively, common to of all LC filters, an additional L-shaped half link is introduced into each LC filter, consisting of an inductor and a capacitor, the connection point of which is connected to the first output of the LC filter inductor, and an L-shaped half-link, consisting of an inductor and a capacitor, the connection point of which is connected to the second output of the LC filter inductance, while the input of each L-shaped half-link is connected to the input connector of the frequency-selective device through the corresponding input switch, and the output each output L-shaped half link is connected to the output connector of the frequency selective device through the corresponding output switch, and the first capacitor of variable capacitance is connected using one of the N first switches to the first output of the inductance coil of the corresponding LC filter through the first step-down autotransformer introduced into each LC filter, and the second variable capacitor is connected using one of the N second switches to the second output of the inductance coil of the corresponding LC- filter through a second step-down autotransformer introduced into each LC-filter, and the first and second variable capacitors are made in the form of a set of capacitors switched at Help control devices.

На фигуре приведена схема заявленного устройства. Частотно-селективное устройство содержит N переключаемых и перестраиваемых LC-фильтров 1, каждый из которых содержит в средней своей части в продольном плече катушку индуктивности 2, а в поперечных плечах - первый 3 и второй 4 конденсаторы переменной емкости соответственно, общие для всех LC-фильтров. В каждый LC-фильтр введено дополнительно входное Г-образное полузвено 5, состоящее из катушки индуктивности 6 и конденсатора 7, точка соединения которых соединена с первым выводом катушки индуктивности 2 LC-фильтра 1, и выходное Г-образное полузвено 8, состоящее из катушки индуктивности 9 и конденсатора 10, точка соединения которых соединена с вторым выводом катушки индуктивности 2 LC-фильтра 1, при этом вход каждого входного Г-образного полузвена 5 подключен к входному разъему 11 частотно-селективного устройства через соответствующий входной переключатель 12, а выход каждого выходного Г-образного полузвена 8 подключен к выходному разъему 13 частотно-селективного устройства через соответствующий выходной переключатель 14. Первый конденсатор 3 переменной емкости подключается при помощи одного из N первых переключателей 15 к первому выводу катушки индуктивности 2 соответствующего LC-фильтра 1 через введенный в каждый LC-фильтр первый понижающий автотрансформатор 16, а второй конденсатор 4 переменной емкости подключается при помощи одного из N вторых переключателей 17 к второму выводу катушки индуктивности 2 соответствующего LC-фильтра 1 через введенный в каждый LC-фильтр второй понижающий автотрансформатор 18, причем первый 3 и второй 4 конденсаторы переменной емкости выполнены в виде набора конденсаторов, переключаемых при помощи устройства управления 19.The figure shows a diagram of the claimed device. The frequency-selective device contains N switchable and tunable LC filters 1, each of which contains in its middle part in the longitudinal arm an inductor 2, and in the transverse shoulders the first 3 and second 4 variable capacitors, respectively, common to all LC filters . An additional L-shaped half link 5, consisting of an inductor 6 and a capacitor 7, the connection point of which is connected to the first output of the inductance coil 2 of the LC filter 1, and an output L-shaped half link 8, consisting of an inductance coil, is introduced into each LC filter 9 and a capacitor 10, the connection point of which is connected to the second output of the inductance coil 2 of the LC filter 1, while the input of each input L-shaped half link 5 is connected to the input connector 11 of the frequency-selective device through the corresponding input switch 12, and the output of each output L-shaped half link 8 is connected to the output connector 13 of the frequency-selective device through the corresponding output switch 14. The first capacitor 3 of variable capacitance is connected using one of the N first switches 15 to the first output of the inductor 2 of the corresponding LC- filter 1 through the first step-down autotransformer 16 introduced into each LC filter, and the second variable capacitor 4 is connected using one of the N second switches 17 to the second output of the cat the inductance 2 of the corresponding LC filter 1 through the second step-down autotransformer 18 introduced into each LC filter, the first 3 and second 4 capacitors of variable capacitance made in the form of a set of capacitors switched using the control device 19.

Частотно-селективное устройство работает следующим образом.Frequency-selective device operates as follows.

В исходном состоянии подвижные контакты всех переключателей 12, 14, 15 и 17 замкнуты с неподвижными контактами, соединенными с общей шиной. При настройке частотно-селективного устройства на заданную частоту входного сигнала емкости конденсаторов 3 и 4 переменной емкости при помощи устройства управления 19 устанавливаются равными тем значениям, которые были получены во время настройки частотно-селективного устройства при его изготовлении и сохранены в устройстве управления. Также при помощи устройства управления 19 включается соответствующий LC-фильтр 1, в частотном диапазоне перестройки которого находится частота входного сигнала. При этом подвижные контакты переключателей 12, 14, 15 и 17, соответствующих включенному LC-фильтру, переводятся в другое положение и входной сигнал через соответствующие входное Г-образное полузвено 5, катушку индуктивности 2 и выходное Г-образное полузвено 8 проходит на выход частотно-селективного устройства.In the initial state, the movable contacts of all switches 12, 14, 15, and 17 are closed with fixed contacts connected to a common bus. When tuning the frequency-selective device to a given frequency of the input signal, the capacitances of variable capacitors 3 and 4 using the control device 19 are set equal to those values that were obtained during tuning of the frequency-selective device during its manufacture and stored in the control device. Also, using the control device 19, the corresponding LC filter 1 is switched on, in the frequency range of the tuning of which is the frequency of the input signal. In this case, the movable contacts of the switches 12, 14, 15 and 17 corresponding to the included LC filter are transferred to a different position and the input signal through the corresponding input L-shaped half-link 5, the inductor 2 and the output L-shaped half-link 8 passes to the output of the frequency selective device.

Предлагаемое частотно-селективное устройство представляет собой набор переключаемых и перестраиваемых в диапазоне частот полосовых фильтров, каждый из которых эквивалентен по избирательности трехконтурному фильтру и имеет первый класс по характеристическому сопротивлению, величина которого пропорциональна частоте настройки и индуктивности катушек индуктивности 6, 9. При этом в каждом LC-фильтре индуктивности катушек индуктивности 6, 9 равны между собой и равны половине индуктивности катушки индуктивности 2. Емкости конденсаторов 7 и 10 вместе с минимальными емкостями конденсаторов 3 и 4 переменной емкости определяют настройку частотно-селективного устройства на максимальную частоту включенного поддиапазона. От соотношения индуктивностей вторичной обмотки понижающих автотрансформаторов 16, 18 и катушек индуктивности 6, 9 зависит ширина полосы пропускания фильтра. Коэффициент трансформации понижающих автотрансформаторов 16 и 18 определяется соотношением емкостей конденсаторов 3 и 4 переменной емкости и емкостей, требуемых для настройки частотно-селективного устройства на заданную частоту входного сигнала, при этом для обеспечения симметричной характеристики затухания коэффициент взаимоиндукции М первичной и вторичной обмоток у каждого автотрансформатора 16, 18 должен быть максимально большим.The proposed frequency-selective device is a set of band-pass filters that are switchable and tunable in the frequency range, each of which is equivalent in selectivity to a three-loop filter and has a first class in characteristic resistance, the value of which is proportional to the tuning frequency and inductance of the inductors 6, 9. Moreover, in each LC filter inductors of inductors 6, 9 are equal to each other and equal to half the inductance of inductor 2. Capacitors of capacitors 7 and 10 together with the minimum capacitances of capacitors 3 and 4 of variable capacitance, the frequency-selective device is tuned to the maximum frequency of the included sub-band. The filter bandwidth depends on the ratio of the inductances of the secondary winding of step-down autotransformers 16, 18 and inductors 6, 9. The transformation coefficient of the step-down autotransformers 16 and 18 is determined by the ratio of the capacitances of capacitors 3 and 4 of variable capacitance and the capacities required to tune the frequency-selective device to a given input signal frequency, while to ensure a symmetrical attenuation characteristic, the mutual induction coefficient M of the primary and secondary windings of each autotransformer 16 , 18 should be as large as possible.

Предлагаемое частотно-селективное устройство имеет широкий диапазон перестройки благодаря наличию N полосовых перестраиваемых фильтров. Малые изменения параметров частотно-селективного устройства при перестройке в диапазоне частот достигаются тем, что в каждом полосовом фильтре относительная ширина полосы пропускания определяется соотношением индуктивностей и от частоты не зависит. Применение в каждом полосовом фильтре дополнительных Г-образных полузвеньев и автотрансформаторов существенно повышает затухание в полосе задерживания и уменьшает затухание в полосе пропускания, улучшая согласование частотно-селективного устройства на частоте настройки. Кроме того, заявляемое частотно-селективное устройство обеспечивает точную настройку на заданные частоты входного сигнала, при этом существенно снижается трудоемкость операции настройки частотно-селективного устройства при его изготовлении. Настройка осуществляется программным способом в автоматическом режиме до получения минимального значения затухания на каждой задаваемой с определенным шагом частоте настройки. Результаты настройки сохраняются в устройстве управления и используются во время работы частотно-селективного устройства в составе радиоприемника или возбудителя передатчика. При таком способе настройки не требуется применение в частотно-селективном устройстве конденсаторов с малыми отклонениями емкости от номинальных значений.The proposed frequency-selective device has a wide tuning range due to the presence of N tunable bandpass filters. Small changes in the parameters of the frequency-selective device during tuning in the frequency range are achieved by the fact that in each band-pass filter the relative bandwidth is determined by the ratio of inductances and does not depend on the frequency. The use of additional L-shaped half links and autotransformers in each bandpass filter significantly increases the attenuation in the delay band and reduces the attenuation in the passband, improving the matching of the frequency-selective device at the tuning frequency. In addition, the inventive frequency-selective device provides accurate tuning to the specified frequency of the input signal, while significantly reducing the complexity of the tuning operation of the frequency-selective device in its manufacture. The tuning is carried out in a programmatic way in automatic mode until the minimum attenuation value is obtained at each tuning frequency set with a certain step. The tuning results are stored in the control device and are used during operation of the frequency-selective device as part of a radio receiver or transmitter exciter. With this tuning method, the use of capacitors in the frequency selective device with small deviations of the capacitance from the nominal values is not required.

Источники информацииInformation sources

1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - с.112, рис.2.45.1. Red E. Reference manual on high-frequency circuitry: Circuits, blocks, 50-ohm technology: TRANS. with him. - M .: 1990. - p. 112, Fig. 2.45.

2. Головин О.В. Системы автоматической настройки радиоприемных устройств магистральной связи. - М.: Связь, 1980. - с.90, рис.65.2. Golovin OV Systems for automatic tuning of radio receivers of trunk communication. - M .: Communication, 1980 .-- p.90, fig. 65.

3. Заварин Г.Д., Мартынов В.А., Федорцов Б.Ф. Радиоприемные устройства. - М.: Воениздат, 1973. - с.73.3. Zavarin G. D., Martynov V. A., Fedortsov B. F. Radio receivers - M .: Military Publishing, 1973. - p. 73.

4. Зиновьев А.Г. Анализ перестраиваемых полосовых фильтров на связанных контурах. - Техника средств связи, сер. ТРС, 1992, вып.9, с.42-55.4. Zinoviev A.G. Analysis of tunable bandpass filters on coupled loops. - Communication technology, ser. TRS, 1992, issue 9, p. 42-55.

5. Патент RU 2431920, кл. Н04В 1/18. Частотно-селективное устройство / А.Г. Зиновьев, Г.А. Путин, А.В. Богданов. - Заявлено 31.03.2010; опубликовано 20.10.2011.5. Patent RU 2431920, cl. HB04 1/18. Frequency-selective device / A.G. Zinoviev, G.A. Putin, A.V. Bogdanov. - Stated March 31, 2010; published on October 20, 2011.

6. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990. - с.143, рис.2.85.6. Red E. Reference manual on high-frequency circuitry: Circuits, blocks, 50-ohm technology: TRANS. with him. - M .: 1990. - p.143, Fig. 2.85.

Claims (1)

Частотно-селективное устройство, содержащее в средней своей части N переключаемых и перестраиваемых LC-фильтров, каждый из которых содержит в продольном плече катушку индуктивности, а в поперечных плечах - подключаемые первый и второй конденсаторы переменной емкости соответственно, общие для всех LC-фильтров, отличающееся тем, что в каждый LC-фильтр введено дополнительно входное Г-образное полузвено, состоящее из катушки индуктивности и конденсатора, точка соединения которых соединена с первым выводом катушки индуктивности LC-фильтра, и выходное Г-образное полузвено, состоящее из катушки индуктивности и конденсатора, точка соединения которых соединена с вторым выводом катушки индуктивности LC-фильтра, при этом вход каждого входного Г-образного полузвена подключен к входному разъему частотно-селективного устройства через соответствующий входной переключатель, а выход каждого выходного Г-образного полузвена подключен к выходному разъему частотно-селективного устройства через соответствующий выходной переключатель, причем первый конденсатор переменной емкости подключается при помощи одного из N первых переключателей к первому выводу катушки индуктивности соответствующего LC-фильтра через введенный в каждый LC-фильтр первый понижающий автотрансформатор, а второй конденсатор переменной емкости подключается при помощи одного из N вторых переключателей к второму выводу катушки индуктивности соответствующего LC-фильтра через введенный в каждый LC-фильтр второй понижающий автотрансформатор, при этом первый и второй конденсаторы переменной емкости выполнены в виде набора переключаемых конденсаторов. A frequency-selective device containing in its middle part N switchable and tunable LC filters, each of which contains an inductor in the longitudinal arm, and in the transverse shoulders are connected first and second variable capacitors, respectively, common to all LC filters, differing by the fact that an additional L-shaped half link is introduced into each LC filter, consisting of an inductor and a capacitor, the connection point of which is connected to the first output of the LC filter inductor, and you one L-shaped half-link, consisting of an inductor and a capacitor, the connection point of which is connected to the second output of the LC filter inductance, while the input of each input L-shaped half-link is connected to the input connector of the frequency-selective device through the corresponding input switch, and the output each output L-shaped half link is connected to the output connector of the frequency selective device through the corresponding output switch, and the first capacitor of variable capacitance is connected using one of the N first switches to the first output of the inductance coil of the corresponding LC filter through the first step-down autotransformer introduced into each LC filter, and the second variable capacitor is connected using one of the N second switches to the second output of the inductance coil of the corresponding LC filter through a second step-down autotransformer introduced into each LC filter, while the first and second variable capacitors are made in the form of a set of switched capacitors.