Современная электроника №5/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 Высокоизбирательные перестраиваемые фильтры Рис. 1. Схема перестраиваемого полосового фильтра Рис. 2. Схема дискретного конденсатора переменной ёмкости В работе рассмотрены вопросы реализации высокоизбирательных перестраиваемых полосовых фильтров, предназначенных для использования в качестве преселекторов/постселекторов в приёмопередающей аппаратуре. Андрей Яковлев, Александр Тюменцев Одной из тенденций приёмопере- дающей аппаратуры связи является дальнейшее улучшение её основных параметров, прежде всего, таких как чувствительность, помехозащищён- ность, динамический диапазон и т.д. Многие из этих параметров определя- ются используемыми во входных цепях радиоприёмных устройств и в выход- ных каскадах возбудителей характе- ристиками частотно-избирательных устройств, в качестве которых широ- кое применение находят полосовые перестраиваемые фильтры. Как правило, такие фильтры реали- зуются на основе схем второго поряд- ка, представляющих собой два связан- ных контура. Однако избирательность подобных фильтров в ряде случаев ока- зывается недостаточной для их исполь- зования в перспективных радиосред- ствах. Повышение избирательности за счёт увеличения порядка фильтра, или, иными словами, числа резонансных контуров, ведёт к росту потерь в поло- се пропускания фильтров и, как след- ствие, уменьшению чувствительности. Поэтому проектирование перестраи- ваемых фильтров, обладающих высо- ким затуханием в полосе задерживания (не менее 50…60 дБ при отстройке от частоты настройки на 10%) и малыми потерями, требует решения ряда взаи- моисключающих вопросов и является достаточно сложной технической зада- чей. В настоящей работе рассматривают- ся возможности создания высокоизби- рательных полосовых фильтров с низ- кими потерями в полосе пропускания и малым временем перестройки, кото- рые могут быть использованы в каче- стве преселекторов/постселекторов в перспективной приёмопередающей аппаратуре. Как показывают расчёты, проведён- ные 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 филь- тра, который нашёл наиболее широ- кое практическое применение и обе- спечивает заданную избирательность, приведён на рис. 1. Процедура синте- за такого фильтра и соотношения для определения значений его элементов приведены в [1…3]. Перестройка фильтра по частоте осуществляется с помощью дискрет- ных конденсаторов переменной ёмко- сти (ДКПЕ), представляющих собой набор коммутируемых конденсаторов (рис. 2). Для обеспечения малого време- ни перестройки в качестве элементов коммутации наиболее часто использу- ют pin-диоды. Сопротивление перехо- да pin-диода ( r ) в открытом состоянии зависит от параметров диода и проте- кающего постоянного тока (1) и опре- деляет в соответствии с (2) добротность ДКПЕ. , . Здесь W – ширина нелегированной i -области диода, μ p и μ n – концентрация электронов и дырок в сильнолегированных областях, τ – время жизни заряда, I0 – прямой ток смещения. В свою очередь, сопротивление потерь а пот в полосе пропускания поло- сового фильтра, как следует из выра- жения (3) [4], зависит от относитель- ной ширины полосы пропускания и добротности используемых элементов. , дБ, где f 0 – центральная частота фильтра, Δ – ширина полосы пропускания фильтра, g i – параметры прототипа, Q i – добротность i -го элемента. Поэтому при проектировании высо- коизбирательных перестраиваемых полосовых фильтров, обладающих малыми потерями в полосе пропуска- ния, необходимо учитывать потери как в катушках индуктивности, так и в конденсаторах, стремясь минимизиро- вать их. Уменьшение потерь в катушках индуктивности может быть достигнуто при проектировании фильтра за счёт выбора коэффициентов преобразова- ния инверторов полной проводимости [1…3] такими, чтобы расчётные значе- ния катушек индуктивности являлись наиболее оптимальными в части обе- спечения максимальной добротности в диапазоне перестройки частот фильтра при заданных габаритных размерах. Задаваясь добротностью катушек индуктивности и потерями в полосе пропускания, на основании выраже- ния (3) можно определить минималь- но необходимую добротность ДКПЕ. Далее, исходя из параметров выбранно- го pin-диода, заданного тока и исполь- зуя формулы (1) и (2), необходимо определить максимальное значение коммутируемой ёмкости ДКПЕ и коли- чество его разрядов, исходя из следую- щих соотношений: (1) (2) (3)