Фильтр по тематике

Высокоизбирательные перестраиваемые фильтры

В работе рассмотрены вопросы реализации высокоизбирательных перестраиваемых полосовых фильтров, предназначенных для использования в качестве преселекторов/постселекторов в приёмопередающей аппаратуре.

15.05.2022 445 0
Высокоизбирательные перестраиваемые фильтры

Одной из тенденций приёмопередающей аппаратуры связи является дальнейшее улучшение её основных параметров, прежде всего, таких как чувствительность, помехозащищённость, динамический диапазон и т.д. Многие из этих параметров определяются используемыми во входных цепях радиоприёмных устройств и в выходных каскадах возбудителей характеристиками частотно-избирательных устройств, в качестве которых широкое применение находят полосовые перестраиваемые фильтры.

Как правило, такие фильтры реализуются на основе схем второго порядка, представляющих собой два связанных контура. Однако избирательность подобных фильтров в ряде случаев оказывается недостаточной для их использования в перспективных радиосредствах. Повышение избирательности за счёт увеличения порядка фильтра, или, иными словами, числа резонансных контуров, ведёт к росту потерь в полосе пропускания фильтров и, как следствие, уменьшению чувствительности. Поэтому проектирование перестраиваемых фильтров, обладающих высоким затуханием в полосе задерживания (не менее 50…60 дБ при отстройке от частоты настройки на 10%) и малыми потерями, требует решения ряда взаимоисключающих вопросов и является достаточно сложной технической задачей.

В настоящей работе рассматриваются возможности создания высокоизбирательных полосовых фильтров с низкими потерями в полосе пропускания и малым временем перестройки, которые могут быть использованы в качестве преселекторов/постселекторов в перспективной приёмопередающей аппаратуре.

Как показывают расчёты, проведённые на основе известных методов [1], для реализации затухания порядка 50…60 дБ при отстройке от частоты настройки на 10% необходим фильтр 4-го порядка. Один из вариантов полосового перестраиваемого фильтра, который нашёл наиболее широкое практическое применение и обеспечивает заданную избирательность, приведён на рис. 1. Процедура синтеза такого фильтра и соотношения для определения значений его элементов приведены в [1…3].

Перестройка фильтра по частоте осуществляется с помощью дискретных конденсаторов переменной ёмкости (ДКПЕ), представляющих собой набор коммутируемых конденсаторов (рис. 2).

Для обеспечения малого времени перестройки в качестве элементов коммутации наиболее часто используют pin-диоды. Сопротивление перехода pin-диода (r) в открытом состоянии зависит от параметров диода и протекающего постоянного тока (1) и определяет в соответствии с (2) добротность ДКПЕ.


Здесь W – ширина нелегированной i-области диода,

µp и µn – концентрация электронов и дырок в сильнолегированных областях,

τ – время жизни заряда,

I0 – прямой ток смещения.

В свою очередь, сопротивление потерь апот в полосе пропускания полосового фильтра, как следует из выражения (3) [4], зависит от относительной ширины полосы пропускания и добротности используемых элементов.

где f0 – центральная частота фильтра,

∆ – ширина полосы пропускания фильтра,

gi – параметры прототипа,

Qi – добротность i-го элемента.

Поэтому при проектировании высокоизбирательных перестраиваемых полосовых фильтров, обладающих малыми потерями в полосе пропускания, необходимо учитывать потери как в катушках индуктивности, так и в конденсаторах, стремясь минимизировать их. Уменьшение потерь в катушках индуктивности может быть достигнуто при проектировании фильтра за счёт выбора коэффициентов преобразования инверторов полной проводимости [1…3] такими, чтобы расчётные значения катушек индуктивности являлись наиболее оптимальными в части обеспечения максимальной добротности в диапазоне перестройки частот фильтра при заданных габаритных размерах.

Задаваясь добротностью катушек индуктивности и потерями в полосе пропускания, на основании выражения (3) можно определить минимально необходимую добротность ДКПЕ. Далее, исходя из параметров выбранного pin-диода, заданного тока и используя формулы (1) и (2), необходимо определить максимальное значение коммутируемой ёмкости ДКПЕ и количество его разрядов, исходя из следующих соотношений:

где C – суммарная ёмкость ДКПЕ,

Ci – ёмкость i-го конденсатора ДКПЕ,

C1 – ёмкость первого разряда ДКПЕ, определяющая шаг перестройки,

C0 – начальная ёмкость, учитывающая ёмкость монтажа и pin-диодов.

Принимая во внимание, что добротность катушек индуктивности в КВ-диапазоне, как правило, составляет 150…200, на основе соотношения (3) было установлено, что для обеспечения потерь не более 6 дБ в полосе пропускания фильтра с относительной шириной полосы пропускания 3% добротность ДКПЕ должна составлять 300…500. Исходя из вышесказанного, были рассчитаны и изготовлены перестраиваемые полосовые фильтры на диапазон частот от 1,5 до 30 МГц с коэффициентом перестройки по частоте 2,5…3,0. На рис. 3 приведена экспериментальная АЧХ одного из таких фильтров на диапазон частот 4…10 МГц.

При относительной ширине полосы пропускания порядка 3% вносимые потери фильтров составили 5…6 дБ, затухание в полосе задерживания при отстройке ±10% – 60 дБ. 

Литература

  1. Ханзел Г. Справочник по расчёту фильтров / пер. с англ. под ред. А.Е. Знаменского. М., 1974. 288 с.
  2. Знаменский А.Е., Попов Е.С. Перестраиваемые электрические фильтры. М.: Связь, 1979. 128 с.
  3. Алексеев Л.В., Знаменский А.Е., Лоткова Е.Д. Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов. М.: Связь, 1976. 280 с.
  4. Матей Г.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т. 1 / пер. с англ. под ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. М., 1971. 439 с.
  5. Microsemi-Watertown. The PIN-diode circuits designers handbook. 1998. 137 p.

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

15.05.2022 445 0
Комментарии
Рекомендуем
Модель потенциального рассеяния в задаче диагностики слоистых диэлектриков

Модель потенциального рассеяния в задаче диагностики слоистых диэлектриков

Для решения ряда практических задач, связанных с идентификацией дефектов и повреждений в материалах, установлением состояния конструкций, выявлением неоднородностей в оптически непроницаемых средах и визуализацией их структуры, необходимо обрабатывать информацию, полученную дистанционно, что предусматривает оценку материальных параметров объектов исследования и установление их пространственного распределения. В отличие от математической теории обратных задач рассеяния, которая направлена главным образом на доказательство теорем о существовании и единственности решения, важное прикладное значение имеет разработка вычислительных процедур, которые позволят найти параметры рассеивателей при реальных условиях проведения измерений. Целью статьи является повышение эффективности средств оценивания параметров неоднородных сред по известному распределению рассеянного электромагнитного поля путём решения обратных задач рассеяния. Рассмотрен метод решения обратной задачи рассеяния по коэффициенту отражения для многослойных структур без потерь, высокая точность которого достигается за счёт конечного количества коэффициентов решений Йоста, что позволило избежать вычислений коэффициентов безграничных тригонометрических последовательностей в элементах матрицы рассеяния. Полученные результаты позволили осуществить оценку количества слоёв диэлектрической структуры, установить диэлектрическую проницаемость и ширину каждого слоя по значениям комплексного коэффициента отражения, который известен по результатам измерений на дискретном множестве частот в ограниченном диапазоне. Это дало возможность анализировать диэлектрические материалы неразрушающим методом и идентифицировать расслоение и отклонения параметров слоёв от технологически заданных значений. Разработан метод определения распределения диэлектрической проницаемости вдоль поперечной координаты в диэлектрических плоскослоистых структурах, и развитые алгоритмы идентификации поверхностей раздела по коэффициенту отражения нормально падающей плоской волны использованы как процедуры обработки сигналов в средствах подповерхностной радиолокации, что позволило избежать ложного обнаружения неоднородностей при анализе структуры сред.
04.07.2025 94 0

ООО «ИнСАТ» ИНН 7734682230 erid = 2SDnjd5pUmj
ООО «ИнСАТ» ИНН 7734682230 erid = 2SDnjbxbMrV
  Подписывайтесь на наш канал в Telegram и читайте новости раньше всех! Подписаться