RU99258U1 - LOW FREQUENCY FILTER FILTER - Google Patents

Abstract

Фильтр нижних частот коротковолнового передатчика, содержащий три индуктивности с одинаковым направлением навивки и конденсаторы, входящие в состав фильтра нижних частот Кауэра, отличающийся тем, что дополнительно введен конденсатор, причем один его вывод подключается к входу первой индуктивности фильтра, а другой его вывод - к выходу третьей. A low-pass filter of a short-wave transmitter containing three inductors with the same winding direction and capacitors included in the Cauer low-pass filter, characterized in that a capacitor is additionally introduced, with one output connected to the input of the first filter inductance, and the other output to the output third.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в фильтрующей системе коротковолновых передатчиков.The utility model relates to radio engineering and can be used in the filtering system of short-wave transmitters.

Для передачи высокочастотных сигналов с подавленными до требуемого уровня гармоническими составляющими в диапазоне коротких волн используются фильтры нижних частот (ФНЧ) с характеристикой Чебышева или Кауэра, тип и структура которых выбираются из необходимости обеспечения требований по затуханию в полосах пропускания и заграждения.To transmit high-frequency signals with harmonic components suppressed to the required level in the short-wave range, low-pass filters (LPF) with the Chebyshev or Cauer characteristics are used, the type and structure of which are selected from the need to ensure attenuation requirements in the passband and obstacle band.

Для выполнения требований, соответствующих фильтрам с нормированными значениями элементов [1], конструкция фильтра должна отражать электрическую схему, в которой все элементы имеют расчетные значения номиналов, а внесхемные электромагнитные связи отсутствуют. Реализация этих требований возможна в конструкции, содержащей электромагнитные экраны между индуктивностями, или при достаточно большом их пространственном разнесении [2, стр.554]. Оба этих варианта зачастую конструктивно неприемлемы из-за возрастающих габаритных размеров ФНЧ; положение усугубляется в тех случаях, когда в конструкции передатчика используются несколько переключаемых фильтров.To fulfill the requirements corresponding to filters with normalized values of the elements [1], the filter design must reflect an electrical circuit in which all elements have rated values, and there are no off-circuit electromagnetic connections. The implementation of these requirements is possible in a design containing electromagnetic screens between inductances, or with a sufficiently large spatial diversity [2, p. 544]. Both of these options are often structurally unacceptable due to the increasing overall dimensions of the low-pass filter; the situation is aggravated when several switchable filters are used in the design of the transmitter.

Использование сильной магнитной связи между двумя индуктивностями приводит к канонической схеме с уменьшенным количеством конденсаторов [3, стр.26, 58, 59]. Однако, этот вариант схемы не может быть использован в ФНЧ коротковолнового передатчика по следующим причинам:Using a strong magnetic coupling between the two inductances leads to a canonical circuit with a reduced number of capacitors [3, p. 26, 58, 59]. However, this variant of the circuit cannot be used in the low-pass transmitter low-pass filter for the following reasons:

1. Количество индуктивностей в схеме не уменьшается.1. The number of inductances in the circuit does not decrease.

2. Обеспечение сильной связи между витками индуктивностей, намотанных проводниками большого диаметра без общего магнитопровода, не возможно.2. Ensuring a strong connection between coils of inductances wound by large-diameter conductors without a common magnetic circuit is not possible.

3. Появляется электромагнитная связь в следующей смежной паре индуктивностей ФНЧ.3. An electromagnetic coupling appears in the next adjacent pair of low-pass filter inductances.

Для уменьшения габаритных размеров ФНЧ в его конструкции возможно использование индуктивностей с взаимно перпендикулярным расположением осей на одной плоскости [2, стр.554], что значительно уменьшает электромагнитную взаимосвязь между индуктивностями, но при этом некоторые индуктивности могут сохранить магнитную связь с коэффициентом связи К=0,05…0,2. Конструкция подобных фильтров описана в [2, стр.554].To reduce the overall dimensions of the low-pass filter in its design, it is possible to use inductances with a mutually perpendicular arrangement of the axes on the same plane [2, p. 544], which significantly reduces the electromagnetic relationship between inductances, but some inductances can maintain magnetic coupling with a coupling coefficient of K = 0 , 05 ... 0.2. The design of such filters is described in [2, p. 544].

Известно устройство [4], в котором компенсация магнитной связи (К=0,05…0,2) между смежными индуктивностями осуществляется введением дополнительных конденсаторов соединяющих вход одной из смежных индуктивностей и выход другой. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.A device [4] is known in which magnetic coupling compensation (K = 0.05 ... 0.2) between adjacent inductances is carried out by introducing additional capacitors connecting the input of one of the adjacent inductances and the output of the other. This device is selected as a prototype.

Анализ амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) ФНЧ, показывает, что между крайними индуктивностями (первой и третьей), в том числе и при их взаимно-перпендикулярном расположении, имеется электромагнитная связь.Analysis of the amplitude-frequency characteristics (AFC) of the low-pass filter shows that there is an electromagnetic coupling between the extreme inductances (first and third), including when they are mutually perpendicular.

Устройство [4] не учитывает влияния данной электромагнитной связи.The device [4] does not take into account the effects of this electromagnetic coupling.

Вследствие этого затухание в полосе заграждения меньше затухания соответствующего фильтра Кауэра [1]. Это объясняется наличием эквивалентной индуктивности L между входом первой индуктивности L_k и выходом третьей L_k+2 As a result, the attenuation in the obstacle is less than the attenuation of the corresponding Cauer filter [1]. This is explained by the presence of an equivalent inductance L between the input of the first inductance L _k and the output of the third L _{k + 2}

, ,

где М - коэффициент взаимоиндукции.where M is the mutual induction coefficient.

Знак "минус" в числителе выбран для индуктивностей с одинаковым направлением навивки.The minus sign in the numerator is selected for inductances with the same winding direction.

При наличии магнитной связи и, следовательно, эквивалентной индуктивности L часть энергии в полосе заграждения передается через магнитную связь, минуя LC - контуры в продольной ветви, которые определяют полюсы затухания, в связи с чем затухание ФНЧ в полосе заграждения будет много меньше расчетного.In the presence of magnetic coupling and, consequently, equivalent inductance L, a part of the energy in the barrier band is transmitted through magnetic coupling, bypassing the LC - contours in the longitudinal branch, which determine the attenuation poles, and therefore the attenuation of the low-pass filter in the barrier band will be much less than the calculated one.

Задача полезной модели - обеспечение расчетных параметров ФНЧ в малогабаритной конструкции.The objective of the utility model is to provide the calculated parameters of the low-pass filter in a compact design.

Указанная задача решается тем, что ФНЧ коротковолнового передатчика, содержащий три индуктивности с одинаковым направлением навивки и конденсаторы, входящие в состав фильтра нижних частот Кауэра, содержит дополнительный конденсатор, причем один его вывод подключается к входу первой индуктивности фильтра, а другой его вывод к выходу третьей.This problem is solved by the fact that the low-pass filter low-pass filter, which contains three inductors with the same winding direction and the capacitors that are part of the Cower low-pass filter, contains an additional capacitor, with one output connected to the input of the first filter inductance, and the other output to the output of the third .

Для уменьшения негативного воздействия взаимоиндукции между индуктивностями ФНЧ, целесообразно ввести параллельно индуктивности L конденсатор с емкостьюTo reduce the negative impact of mutual induction between the inductors of the low-pass filter, it is advisable to introduce in parallel the inductance L capacitor with capacitance

, ,

где f₀ - частота сформированного полюса затухания в полосе заграждения;where f ₀ is the frequency of the formed attenuation pole in the obstacle;

, ,

где f_K, f_K+1 - частоты полюсов затухания, определяемые (L_k, С_k) и (L_K+1, C_K+1) - контурами, имеющими между собой магнитную связь.where f _K , f _{K + 1} are the frequencies of the attenuation poles determined by (L _k , C _k ) and (L _{K + 1} , C _{K + 1} ) are loops with a magnetic coupling between them.

Поскольку L>>L_K L>>L_K+1 то резонансный контур (L, C) будет в достаточно широкой полосе частот заграждения вносить в передаточную характеристику фильтра затухание, позволяющее приблизить АЧХ анализируемого фильтра к АЧХ соответствующего фильтра Кауэра [1].Since L >> L _K L >> L _{K + 1,} then the resonant circuit (L, C) will introduce attenuation into the transfer characteristic of the filter in a fairly wide band of obstacle frequencies, which allows to approximate the frequency response of the analyzed filter to the frequency response of the corresponding Cauer filter [1].

Сопоставительный анализ рассматриваемой схемы с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается по структуре и по соединениям, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".A comparative analysis of the considered circuit with the prototype shows that the claimed device is different in structure and in connections, therefore, it meets the criterion of "novelty."

Использование индуктивностей с взаимно-перпендикулярным их расположением в конструкции фильтра и компенсация магнитной связи между смежными индуктивностями введением дополнительных конденсаторов соединяющих вход одной из смежных индуктивностей и выход другой известно, однако, применение дополнительного конденсатора, один вывод которого соединен с входом первой индуктивности фильтра, а другой его вывод с выходом третьей, позволяет устранить негативное воздействие конструктивной магнитной связи между упомянутыми индуктивностями, из чего следует вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".The use of inductances with their mutually perpendicular arrangement in the filter structure and the compensation of the magnetic coupling between adjacent inductances by introducing additional capacitors connecting the input of one of the adjacent inductances and the output of the other is known, however, the use of an additional capacitor, one output of which is connected to the input of the first filter inductance, and the other its conclusion with the third output, eliminates the negative effects of constructive magnetic coupling between the mentioned inductances, from which the conclusion follows that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 изображена схема анализируемого ФНЧ Кауэра, состоящего из индуктивностей 1, 2, 3, конденсаторов 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, входного 11 и выходного 12 зажимов, входящих в состав ФНЧ Кауэра, и магнитной связи 13 между индуктивностями 1 и 3, а также из дополнительного конденсатора 14. На фиг.2 изображена схема ФНЧ, эквивалентная анализируемой схеме фиг.1, в которой вместо магнитной связи 13 показана индуктивность 15.Figure 1 shows a diagram of the analyzed Cauer low-pass filter, consisting of inductors 1, 2, 3, capacitors 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, input 11 and output 12 terminals included in the low-pass filter Cauer, and magnetic coupling 13 between inductances 1 and 3, as well as from an additional capacitor 14. FIG. 2 shows a low-pass filter circuit equivalent to the analyzed circuit of FIG. 1, in which inductance 15 is shown instead of magnetic coupling 13.

На фиг.3 изображена конструкция ФНЧ, в которой индуктивности 1, 2, 3 установлены без разделительных экранов. Оси индуктивностей 1, 2 и 3 взаимно перпендикулярны. Между индуктивностями 1 и 3 имеется магнитная связь М показанная на фиг.1 как 13.Figure 3 shows the design of the low-pass filter, in which the inductors 1, 2, 3 are installed without dividing screens. The axes of inductances 1, 2 and 3 are mutually perpendicular. Between inductors 1 and 3 there is a magnetic coupling M shown in figure 1 as 13.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал через зажим 11 поступает на индуктивность 1, конденсаторы 4, 5 и передается как в схеме фильтра Кауэра через индуктивности 2, 3 и конденсаторы 6, 7, 8, 9, 10 к выходному зажиму 12. В конструкции ФНЧ, не содержащей экранов между индуктивностями, часть энергии передается от индуктивности 1 к индуктивности 3 через магнитное поле 13, вследствие чего затухание в полосе заграждения анализируемого фильтра будет меньше расчетного затухания на тех же частотах для фильтра Кауэра.The device operates as follows. The input signal through terminal 11 is fed to inductance 1, capacitors 4, 5 and transmitted as in the Cauer filter circuit through inductors 2, 3 and capacitors 6, 7, 8, 9, 10 to output terminal 12. In the design of the low-pass filter that does not contain shields between inductances, part of the energy is transferred from inductance 1 to inductance 3 through a magnetic field 13, as a result of which the attenuation in the obstacle band of the analyzed filter will be less than the calculated attenuation at the same frequencies for the Cauer filter.

Вместо элемента магнитной связи 13 ФНЧ фиг.1 на фиг.2 используется индуктивность 15, входящие в состав П-образной схемы замещения трансформаторной связи. Дополнительная емкость 15 на фиг.1 и фиг.2 предназначена для компенсации токов через магнитную связь 13 на фиг.1 или через индуктивность 15 на фиг.2, вследствие чего влияние этой цепи на передаточные свойства ФНЧ в полосе заграждения уменьшается, и АЧХ анализируемого фильтра с магнитной связью в конструкции без экранов приближается к АЧХ фильтра Кауэра.Instead of the magnetic coupling element 13 of the low-pass filter of FIG. 1, FIG. 2 uses the inductance 15 included in the U-shaped equivalent circuit of the transformer coupling. Additional capacity 15 in figure 1 and figure 2 is designed to compensate for currents through magnetic coupling 13 in figure 1 or through inductance 15 in figure 2, as a result of which the influence of this circuit on the transfer properties of the low-pass filter in the obstacle band is reduced, and the frequency response of the analyzed filter with magnetic coupling in a design without shields, it approaches the frequency response of a Cauer filter.

Приблизить АЧХ ФНЧ с магнитной связью между крайними индуктивностями к АЧХ ФНЧ Кауэра можно установкой дополнительного конденсатора по минимальному отклонению по частоте от расчетных значений полюсов затухания в полосе заграждения. Того же результата можно добиться расчетным путем по измеренному значению затухания в полосе заграждения, отличающемуся от расчетного, и последующим вычислениям коэффициента связи и номинала дополнительного конденсатора. Положительные экспериментальные данные подтверждаются расчетами.To approximate the frequency response of a low-pass filter with a magnetic coupling between the extreme inductances to the frequency response of the low-frequency filter of a Cauer, you can install an additional capacitor for the minimum frequency deviation from the calculated values of the attenuation poles in the obstacle band. The same result can be achieved by calculation using the measured attenuation value in the obstacle band, which differs from the calculated one, and subsequent calculations of the coupling coefficient and the value of the additional capacitor. Positive experimental data are confirmed by calculations.

В конструкции ФНЧ 7-го порядка с характеристикой Кауэра, не содержащей экранов между индуктивностями с одинаковым направлением навивки, составило 42dB, вместо расчетного значения 50dB. После использования в схеме этого ФНЧ дополнительного конденсатора затухание в полосе заграждения составило не менее 48dB, что достаточно близко к расчетному значению 50dB.In the design of the 7th order low-pass filter with a Cauer characteristic that does not contain shields between inductors with the same winding direction, it was 42dB, instead of the calculated value of 50dB. After using an additional capacitor in the circuit of this low-pass filter, the attenuation in the obstacle band was at least 48dB, which is close enough to the calculated value of 50dB.

Источники информации:Information sources:

1. Г.Ханзел. Справочник по расчету фильтров. М. "Советское радио". 1974.1. G. Hanzel. Reference for the calculation of filters. M. "Soviet Radio". 1974.

2. Н.Д.Босый. Электрические фильтры. Киев. Гос. изд. Технической литературы УССР. 1959.2. N.D.Bosy. Electric filters. Kiev. Gos. ed. The technical literature of the Ukrainian SSR. 1959.

3. Р.Зааль Справочник по расчету фильтров. М. "Радио и связь". 1983.3. R. Zaal Handbook for the calculation of filters. M. "Radio and Communications". 1983.

4. Патент RU 2225672, Н03Н 7/01, дата публикаций сведений о заявке 10.07.2003.4. Patent RU 2225672, Н03Н 7/01, the date of publication of information about the application on July 10, 2003.

Claims (1)

Фильтр нижних частот коротковолнового передатчика, содержащий три индуктивности с одинаковым направлением навивки и конденсаторы, входящие в состав фильтра нижних частот Кауэра, отличающийся тем, что дополнительно введен конденсатор, причем один его вывод подключается к входу первой индуктивности фильтра, а другой его вывод - к выходу третьей.

The low-pass filter of the short-wave transmitter, containing three inductances with the same winding direction and capacitors included in the Cauer low-pass filter, characterized in that the capacitor is additionally introduced, with one output connected to the input of the first filter inductance, and the other output to the output third.