Современная электроника №9/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 Отражательный режекторный фильтр Рис. 1. Векторные диаграммы сигналов на входе и выходе НО при отсутствии нагрузок в плечах 3 и 4 (режим х.х.) В статье рассмотрен способ построения отражательного режекторного фильтра с использованием полосового ПАВ-фильтра и направленного ответвителя. Описан принцип его работы и возможные варианты применения. Приведён пример расчёта параметров модели и представлено их сравнение с характеристиками изготовленного прототипа для конкретного варианта использования. Андрей Соколов (sklv56@mail.ru ) , Вадим Машков (rz3djo@mail.ru ) Введение Решение задач электромагнитной совместимости приёмо-передающих радиотехнических устройств, а так- же обеспечение их работы в услови- ях сложной электромагнитной обста- новки (обусловленной наличием как преднамеренных, так и непреднаме- ренных помех, наряду с общей пере- груженностью выделенного участка частотного спектра) вынуждают раз- работчика уделять проблеме фильтра- ции сигналов повышенное внимание. Внекоторых случаях оказывается более оправданным применение режектор- ного фильтра, нежели полосового. Так, например, режекторные филь- тры (реализуемые программным способом) широко используются для исключения части спектра, поражён- ного узкополосной помехой, при при- ёме широкополосных сигналов, в част- ности, сигналов GNSS. При обработке аналоговых сигна- лов в широкой полосе частот подход с устранением помехи режекторным фильтром позволяет во многих слу- чаях сократить количество исполь- зуемых фильтрующих и развязы- вающих элементов и тем самым значительно уменьшить сроки разра- ботки, стоимость и габариты конеч- ного устройства с сохранением тре- буемых параметров (в частности, неравномерности характеристики группового времени запаздывания). Однако номенклатура представлен- ных на рынке серийно выпускаемых режекторных фильтров ограничена, тогда как выбор полосовых фильтров разнообразных типов и конструкций весьма велик. Ниже описан незаслу- женно редко используемый на прак- тике способ переделки полосового фильтра в режекторный с примене- нием современной элементной базы и программных продуктов. Краткие теоретические основы для конструирования режекторного фильтра на основе полосового фильтра и направленного ответвителя Для начала дадим определение 3 дБ направленного ответвителя – это взаимное многополюсное СВЧ- устройство для ответвления половины электромагнитной энергии из основ- ного канала передачи во вспомогатель- ный. В квадратурном направленном ответвителе волна во вспомогатель- ном канале приобретает сдвиг фазы в 90° относительно волны в основном канале. Матрица рассеяния идеального ква- дратурного 3 дБ направленного ответ- вителя (НО) в обозначениях рис. 1 име- ет вид [1]: , где |S 13 | = |S 14 | = |S 23 | = |S 24 | = |S 31 | = |S 32 | = |S 41 | = |S 42 |, а arg S 31 = arg S 41 + π /2, arg S 42 = arg S 32 + π /2, arg S 24 = arg S 14 + π /2, arg S 13 = arg S 23 + π /2. В дальнейшем для простоты и нагляд- ности анализа волн напряжений на входах и выходах НО воспользуемся векторными диаграммами. Поступающая на вход 1 идеально- го квадратурного 3 дБ направленно- го ответвителя волна W1 с условными амплитудой и фазой, изображённы- ми на рис. 1 (фаза отсчитывается в направлении против часовой стрел- ки), разделяется НО на две волны W31 и W41 с равными и уменьшен- ными на 3 дБ амплитудами (мощ- ность волны W1 делится между вол- нами поровну), причем фаза W31 повёрнута на 90 0 относительно фазы W1, тогда как фаза W41 совпадает с ней. В силу свойств матрицы рассея- ния идеального НО непосредственно волна со входа 1 на выход 2 не про- ходит (вход 1 и выход 2 развязаны). Поскольку выходы 3 и 4 НО не нагру- жены (режим холостого хода, далее х.х.), фаза отражённой от вывода 3 волны W3 совпадает с фазой волны W31, а фаза отражённой от вывода 4 волны W4 совпадает с фазой волны W41. Отражённая от ненагруженного выхода 3 волна W3 аналогично вол- не W1 (3 дБ НО – взаимный восьми- полюсник) разделяется на две волны W23 и W13 с равными и уменьшенны- ми на 3 дБ амплитудами, причём фаза W13 повернута на 90° относительно фазы W3, тогда как фаза W23 совпа- дает с ней. В силу свойств матрицы рассеяния идеального НО волна W3 на выход 4 не проходит (плечи 3 и 4 развязаны). Аналогичным образом, в силу действия принципа взаимности, отражённая от ненагруженного выхо- W1 W2 3 4 1 2 3 dB 90° 0° W23 W24 W13 W14 W31 (W3) (W4) (W41) + + = 0