Современная электроника №5/2019

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2019 Перестраиваемые полосовые фильтры Рис. 2. Схемы ППФ с постоянной относительной полосой пропускания Рис. 1. Структурная схема ППФ, выполненного на основе ДКПЕ В статье рассмотрены вопросы реализации перестраиваемых полосовых фильтров, обладающих большим коэффициентом перестройки по частоте, представлены результаты измерений характеристик устройства. Ирина Забегайло, Александр Тюменцев, Андрей Яковлев (info@oniip.ru ) Перестраиваемые фильтры нахо- дят широкое применение в современ- ной приёмопередающей аппаратуре с перестройкой по частоте. При этом перестройка таких фильтров по часто- те может осуществляться посредством коммутации ряда фильтров на фикси- рованные частоты, либо перестройкой элементов самого фильтра. Переключение ряда фильтров по входу и выходу с примыкающими амплитудно-частотными характери- стиками позволяет обеспечить высо- кую избирательность и практически неограниченный коэффициент пере- стройки при сравнительно простой их реализации. Однако перестраиваемые полосовые фильтры (ППФ), выпол- ненные подобным образом, характе- ризуются большими массогабаритны- ми показателями, особенно при боль- шом количестве узких относительных полос пропускания в широком диапа- зоне частот. Поэтому более перспективными являются ППФ, в которых перестрой- ка по частоте осуществляется элемента- ми фильтра, что позволяет обеспечить высокую селективность и одновремен- но существенно улучшить массогаба- ритные показатели информационных систем связи, особенно при необхо- димости реализации большого числа узких относительных полос пропуска- ния в широком диапазоне частот. В связи с тем что ППФ в значительной мере определяют параметры приёмо- передающей аппаратуры, к ним предъ- являются высокие требования, кото- рые должны сохраняться при измене- нии частоты настройки. Вместе с тем изменение частоты настройки ведёт к отклонению характеристик фильтра от заданных из-за изменения харак- теристического сопротивления филь- тра. Причём это отклонение будет тем больше, чемшире диапазон перестрой- ки фильтра. В данной статье рассматри- ваются возможности реализации ППФ, надёжно обеспечивающих заданные параметры при перестройке в широ- ком диапазоне частот. При проектировании ППФ, как пра- вило, применяются схемы, содержащие минимальное число элементов пере- стройки, причём один из их выводов должен быть соединён с общейшиной. В качестве элементов перестройкимогут быть использованыпеременные индук- тивности и конденсаторы. Однако на практике наиболее широкое примене- ние нашли последние. Такие конденса- торымогут выполняться в виде дискрет- ных и нелинейных конденсаторов пере- менной ёмкости с воздушным зазором. Для создания аппаратуры, к кото- рой предъявляются высокие требо- вания к динамическому диапазону, в качестве элементов перестройки наи- более приемлемыми являются дискрет- ные конденсаторы переменной ёмко- сти (ДКПЕ), представляющие собой набор коммутируемых конденсато- ров. На рисунке 1 приведена структур- ная схема ППФ, выполненного с при- менением ДКПЕ. Выбор схемы селективной части фильтра во многом определяет не толь- ко его основные параметры, но также диапазон и способ перестройки. В работе [1] было показано, что вход- ное сопротивление симметричного фильтра связано с его характеристи- ческими параметрами следующим образом: , где W – входное сопротивление симме- тричного фильтра, R H – сопротивление нагрузки на выходе фильтра, α – харак- теристическая фаза, Z C – характеристи- ческое сопротивление. Выделяя вещественную и мнимую части этого выражения можно полу- чить следующие соотношения: , . При α = k ×π, ( k =1,2... n ), Re( W )= R H , Im ( W )=0 . Таким образом, при изменении частоты настройки перестраиваемого фильтра чётного класса по затуханию входное сопротивление на средней частоте не изменяется и сохраняется согласование, несмотря на изменение характеристического сопротивления. При этом вносимое затухание также будет неизменным. Поэтому селектив- ная часть ППФ чётного класса по зату- ханию обладает меньшей чувствитель- ностью по коэффициенту передачи на средней частоте при изменении часто- ты настройки, что делает её более пред- почтительной при реализации пере- страиваемых фильтров. На рисунке 2 вверху приведена схема селективной части ППФ чётного клас- са по затуханию с индуктивной связью, которая позволяет обеспечить посто- янную относительную ширину поло- сы пропускания и меньшую неравно- мерность коэффициента передачи при более широком диапазоне перестрой- ки. При проектировании узкополосных ППФ элементы такой схемы могут ока- заться трудно реализуемыми на прак- тике. Устранить этот недостаток позво- ляет преобразованная схема, изобра- Вход ДКПЕ Выход Питание Селективная часть Интерфейс управления (SPI, USB) Устройство управления