Дата последнего обновления файла 10.08.2012

Входной фильтр приемника

Входной фильтр является одним из важнейших узлов радиоприемного устройства. Как это было показано в предыдущих главах, в системах связи с большим отношением верхней рабочей частоты к нижней рабочей частоте этот фильтр должен перестраиваться по частоте. Перестройку по частоте можно осуществить в LC фильтрах. Чем более сложный фильтр будет применен в качестве входного фильтра, тем выше удастся получить качество радиоприемного устройства, однако при этом возникают проблемы с одновременным изменением частоты настройки контуров, изменения их добротности и обеспечения необходимой глубины связи между этими контурами.

Чаще всего в качестве полосового перестраиваемого фильтра применяется система из двух связанных контуров. В особо ответственных схемах ставится трехконтурный фильтр. В этом случае удается получить достаточно крутой скат амплитудно-частотной характеристики. В ряде случаев применяется несимметричный скат АЧХ (см. рисунок 7).

Применение одновременно последовательного и параллельного колебательных контуров позволяет реализовывать различные значения входного и выходного сопротивлений. Подобный фильтр позволяет кроме ослабления мешающих сигналов согласовывать сопротивления источника сигнала и нагрузки. Такой фильтр называется Г-образным. Классическая схема Г-образного полосового фильтра приведена на рисунке 1.

Схема Г-образного полосового фильтра
Рисунок 1 Схема Г-образного полосового фильтра

В этом фильтре применен последовательный контур L1C1 и параллельный контур L2C2. Входное и выходное сопротивление фильтра в общем случае может быть различным. Это может быть полезным при разработке дуплексора, но чаще всего входное и выходное сопротивление делают равным 50 Ом. Такой выбор позволяет применять для настройки приемника стандартные измерительные приборы. Расчет Г-образного полосового фильтра достаточно прост. Сначала определяется эквивалентная добротность контуров фильтра

формула определения добротности контура          (1)

где f0 — средняя частота диапазона;
 — полоса пропускания фильтра.

Значения реактивных элементов Г-образного полосового фильтра, изображенного на рисунке 1, можно определить по следующим формулам:

формула определения индуктивности последовательного контура, формула определения ёмкости последовательного контура, формула определения индуктивности параллельного контура, формула определения ёмкости параллельного контура.          (2)

Избирательности одного Г-образного звена фильтра может оказаться недостаточно, тогда два звена можно соединить последовательно. Соединять их можно либо параллельными ветвями друг к другу (при этом получается Т-образный полосовой фильтр), либо последовательными (при этом получается П-образный полосовой фильтр). Элементы L и C соединенных ветвей объединяются.

В качестве примера на рисунке 2 приведена схема П-образного полосового фильтра. Элементы L2C2 остались прежними, а элементы последовательных контуров объединились в индуктивность L = 2·L и ёмкость C = 0,5·C1. При этом, так как произведение LC осталось прежним, то частота настройки последовательного контура осталась прежней и равной средней частоте фильтра.

Схема П-образного полосового фильтра
Рисунок 2 Схема П-образного полосового фильтра

Следует отметить, что выше приведен упрощенный вариант расчета входного фильтра. Намного лучшие результаты дают стандартные методы расчета фильтров с аппроксимацией амплитудно-частотной характеристики по Чебышеву или Баттерворту. При том же количестве реактивных элементов фильтр может обеспечить бОльшую крутизну скатов амплитудно-частотной характеристики.

В радиочастотных фильтрах бывает удобно использовать только параллельные колебательные контура. Подобный фильтр требует несколько большего количества элементов для реализации той же АЧХ. Схема двухконтурного полосового фильтра с внешней емкостной связью приведена на рисунке 3. Индуктивность и емкость контуров рассчитываются по формулам (1) для L2 и C2, а емкость конденсатора связи можно определить по формуле C3 = C2/Q.

Схема 2-х контурного полосового фильтра
Рисунок 3 Схема 2-х контурного полосового фильтра

Для увеличения избирательности по зеркальному каналу можно включить три и более одинаковых контуров, уменьшив емкости конденсаторов связи С3 в 1,4 раза. Подобная схема 3-х контурного полосового фильтра приведена на рисунке 4.

Схема 3-х контурного полосового фильтра
Рисунок 4 Схема 3-х контурного полосового фильтра

Как это уже обсуждалось при разработке структурной схемы радиоприемного устройства, чем уже полоса пропускания входного фильтра приемника, тем лучше. Поэтому входные фильтры приемников часто делают перестраиваемыми по частоте. Обычно перестройка контуров фильтра по частоте осуществляется при помощи изменяемой емкости. Это позволяет увеличивать добротность контура при увеличении частоты настройки контура и, тем самым, сохранять одинаковую полосу пропускания фильтра при перестройке по частоте.

Для того чтобы убедиться, что полоса пропускания одиночного контура сохраняется постоянной при перестройке по частоте при помощи емкости, обратимся к формуле определения добротности:

Теперь выразим добротность через отношение реактивного и активного сопротивления контура:

где реактивное сопротивление контура определяется следующим образом:

В результате можно сделать вывод, что добротность контура при увеличении его частоты настройки уменьшением емкости конденсатора будет увеличиваться пропорционально корню из емкости.

Формула для частоты настройки контура зависит от изменения емкости конденсатора подобным образом:

а, значит, отношение частоты настройки контура и добротности, определяющее его полосу пропускания, будет постоянным.

В качестве переменной емкости удобнее всего применять варикап. Один из вариантов принципиальной схемы входного перестраиваемого фильтра приведен на рисунке 5.

Принципиальная схема входного фильтра приемника
Рисунок 5 Принципиальная схема входного фильтра приемника

В данной схеме реализован П-образный полосовой фильтр, схема которого приведена на рисунке 2. В схеме, приведенной на рисунке 5, входной параллельный контур образуется элементами L1, C1, V1, V3, выходной параллельный контур — элементами L3, C5, V7, V8. Последовательный контур в этой схеме реализован элементами L2, C2, V2, V4, V5, V6. Конденсаторы C1 и C6 являются развязывающими конденсаторами.

В системах мобильной связи, работающих в УКВ диапазоне, отношение верхней рабочей частоты к нижней рабочей частоте не превышает 1.2, поэтому коэффициент перестройки, определяемый варикапами, приходится уменьшать при помощи дополнительных конденсаторов C1, C2, C5.

Настройку контуров в данной схеме осуществляют, подавая управляющее напряжение через резисторы R1, …, R4. Конденсаторы C3 и C4 предназначены для подавления наводок и помех в цепи управления.

В системах сотовой связи, отношение верхней рабочей частоты к нижней рабочей частоте не превышает 1,04, т. е. ширина всего рабочего диапазона частот составляет всего 4% от средней частоты диапазона. Это позволяет отказаться от перестройки входного фильтра по частоте и выполнить фильтр в виде полосового фильтра с постоянными параметрами. Для минимизации размеров фильтр возможно сделать по ПАВ технологии или реализовать керамический фильтр.

В качестве примера подобного фильтра на рисунке 6 приведен внешний вид приемного фильтра SAFEA942MFL0F00 фирмы Murata, выполненного на поверхностных акустических волнах.

Внешний вид приемного фильтра
Рисунок 6 Внешний вид приемного фильтра

Амплитудно-частотная характеристика фильтра SAFEA942MFL0F00 фирмы Murata, выполненного на поверхностных акустических волнах, приведена на рисунке 3. Этот фильтр предназначен для работы в качестве входного фильтра приемника мобильного аппарата в системе связи GSM900.

АЧХ входного фильтра приемника GSM900
Рисунок 7 АЧХ входного фильтра приемника GSM900

Литература:

  1. "Проектирование радиоприемных устройств" под ред. А.П. Сиверса - М.: "Высшая школа" 1976 стр. 214 - 267
  2. Палшков В.В. "Радиоприемные устройства" - М.: "Радио и связь" 1984 стр. 59 - 107
  3. "Радиоприемные устройства"под ред. Барулина Л.Г.  - М.: "Радио и связь" 1984 стр. 229 - 244
  4. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ И УРЧ ПРИЕМНИКА В.Т.Поляков
  5. Разработка схемы радиоприемника
  6. Усилители радиочастоты
  7. Усилители высокой частоты нового поколения

Вместе со статьей "Входной фильтр приемника" читают:

Дуплексоры (диплексеры) Если выходной сигнал с выхода передатчика попадет на вход своего приемника, то он может не просто сделать невозможным прием каких-либо станций, но и вывести из строя входные каскады приемника.
http://digteh.ru/WLL/Duplexer.php

Дивайдеры входного сигнала При проектировании радиоприемных устройств базовых станций возникает требование распределять энергию сигнала с антенны на входы нескольких радиоприемников.
http://digteh.ru/WLL/divider.php

Усилители радиочастоты Так как усилитель радиочастоты находится на входе радиоприемного устройства, то его шумовые характеристики и динамический диапазон в основном определяют характеристики всего радиоприемника в целом.
http://digteh.ru/WLL/RF/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100