Современная электроника №7/2020

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2020 Перестраиваемые полосовые фильтры Рис. 1. Структурная схема ППФ, выполненного на основе ДКПЕ В статье рассмотрены вопросы реализации перестраиваемых полосовых фильтров, обладающих большим коэффициентом перестройки по частоте, представлены экспериментальные результаты. Ирина Забегайло, Александр Тюменцев, Андрей Яковлев (trs@oniip.ru ) В современной приёмопередающей аппаратуре с перестройкой по часто- те находят широкое применение пере- страиваемые фильтры. При этом пере- стройка таких фильтров по частоте может осуществляться на основе ком- мутации на фиксированные частоты или же перестройки элементов само- го фильтра. Переключение ряда фильтров с при- мыкающими амплитудно-частотными характеристиками по входу и выходу позволяет обеспечить высокую изби- рательность и практически неограни- ченный коэффициент перестройки при сравнительно простой реализа- ции. Однако перестраиваемые поло- совые фильтры (ППФ), выполненные подобным образом, характеризуются большими массогабаритными показа- телями, особенно при большом количе- стве узких относительных полос про- пускания в широком диапазоне частот. Более перспективными являют- ся ППФ, в которых перестройка по частоте осуществляется элементами фильтра. Это одновременно позволя- ет обеспечить высокую селективность и существенно улучшить массогаба- ритные показатели информационных систем связи, особенно при необходи- мости реализации большого количе- ства узких относительных полос про- пускания в широком диапазоне частот. В связи с тем что ППФ в значитель- ной мере определяют параметры при- ёмопередающей аппаратуры, к ним предъявляются высокие требования, которые должны сохраняться при изме- нении частоты настройки. Вместе с тем изменение частоты настройки ведёт к отклонению характеристик фильтра из-за изменения характеристическо- го сопротивления. Причём это откло- нение будет тем больше, чемшире диа- пазон перестройки фильтра. В настоящей статье рассматрива- ются возможности реализации ППФ, обладающих заданными параметрами при перестройке в широком диапазо- не частот (не менее октавы). При проектировании ППФ, как пра- вило, применяются схемы, содержащие минимальное количество элементов перестройки, причём один из выводов должен соединяться с общей шиной. В качестве элементов перестройки могут быть использованы перемен- ные индуктивности и конденсаторы, последние выполняются в виде дис- кретных и нелинейных приборов переменной ёмкости с воздушным зазором. Для создания аппаратуры, к динами- ческому диапазону которой предъяв- ляются высокие требования, в каче- стве элементов перестройки наиболее приемлемыми являются дискретные конденсаторы переменной ёмко- сти (ДКПЕ), представляющие собой набор коммутируемых конденсато- ров. На рисунке 1 приведена структур- ная схема ППФ, выполненного подоб- ным образом. Выбор схемы селективной части фильтра во многом определяет не толь- ко основные параметры, но и диапазон и способ перестройки. В работе [1] было показано, что входное сопротивление симметричного фильтра связано с его характеристическими параметрами следующим образом: , где W – входное сопротивление сим- метричного фильтра, R H – сопротив- ление нагрузки на выходе фильтра, α – характеристическая фаза, Z C – характеристическое 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. Такимобразом, приизменениичасто- ты настройки перестраиваемого филь- тра чётного класса по затуханиювходное сопротивление на средней частоте не изменяется. Сохраняется согласование, несмотря на изменение характеристи- ческого сопротивления. При этом вно- симое затухание также будет неизмен- ным. Поэтому селективная часть ППФ чётного класса по затуханию обладает меньшей чувствительностью по коэф- фициенту передачина среднейчастоте приизменениичастотынастройки, что делает её более предпочтительной при реализацииперестраиваемыхфильтров. На рисунке 2а приведена схема селек- тивной части ППФ чётного класса по затуханиюс индуктивной связью, кото- рая позволяет обеспечить постоянную относительную ширину полосы про- пускания и меньшую неравномерность коэффициента передачи при более широком диапазоне перестройки. При проектировании узкополосныхППФэле- ментытакой схемымогут оказаться труд- нореализуемымина практике. Устранить этот недостатокпозволяет преобразован- ная схема, изображённаяна рисунке 2б, которая являетсянаиболее подходящей для созданияППФ. Расчёт элементов этой схемы может быть проведён на основе известных методик [2–7]. Теоретический коэффициент пере- стройки по частоте ППФ, выполненного подобным образом, может достигать 10. Однако на практике его величина не превышает 3–4, что обусловлено силь- ной зависимостьюдобротности катушек индуктивности от частоты и физиче- ской реализуемостьюДКПЕ с большим перекрытием по ёмкости. При настройке перестраиваемого фильтра на верхнюю частоту диапа- зона ёмкость ДКПЕ минимальна, и её величина ограничена величиной пара- зитной монтажной ёмкости и суммар- ной ёмкостью C м электронных ключей в разомкнутом состоянии C К : Вход Интерфейс управления (SPI, USB) Выход ДКПЕ Питание Устройство управления Селективная часть (1) (2)