Самонастраивающийся режекторный фильтр
САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий соединенные последовательно первый инвертирующий сумматор, один вход и выход которого являются соответственно входом и выходом самонастраивающегося режекторного фильтра, второй инвертирующий сумматор, первый инвертирующий интегрирующий операционный усилитель, выход которого соединен также с другим входом первого инвертирующего сумматора, второй инвертирующий интегрирующий операционный усилитель и управляемый аттенюатор. между входом caV oнacтpaивaюIг eгocя режекторного фильтра и управляющим входом управляемого аттенюатора включены последовательно фазовый детектор , другой вход которого соединен .с выходом первого инвертирующего сумматора , и первый интегрирующий операционный усилитель, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения расширения полосы режекций при воздействии дестабилизирующих факторов, между выходом управляемого аттенюатора и другим входом второго инвертирующего сумматора включен управляемый фазовращатель, между выходом первого инвертирующего интегрирующего операционного усилителя и уп- g равляющим входом управляемого фазовращателя включены последовательно усилитель-ограничитель, перемнонсие тель, фильтр нижних частот и второй интегрирую1Шй операционный усилитель между выходом самонастраиваюгиегося 2 режекторного фильтра и другим входом «перемножителя включен усилитель.
СОЮЗ СОНЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
3 Н 03 В 1 4 &> ф.*
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3450575/18-09 (22) 08.06,82 (46) 23.12.83. Бюл. Р 47 (72) А. В. Балов, Н. Н. Смирнов и В. H. Иванов (53) 621.372.54.07(088.8) (56) 1. Информационный листок. Сер.
ИЛТ9-12-11 9 80-0833, ВИМИ, 1980.
2. Патент США Р 3787774, кл. Н 03 В 1/04, 1974. (54)(57) САМОНАСТРАИВМОЩИИСЯ РЕЖЕКTOPHtlA ФИЛЬТР, содержащий соединенные последовательно первый инвертирующий сумматор, один вход и выход которого являются соответственно входом и выходом самонастраивающегося режекторного фильтра, второй инвертирующий сумматор, первый инвертирующий интегрирующий операционный усилитель, выход которого соединен также с другим входом первого инвертирующего сумматора, второй инвертирующий интегрирующий операционный усилитель и управляемый аттенюатор, 69) SU (10 А между входом самонастраивающегося режекторного фильтра и управляющим входом управляемого аттенюатора включены последовательно фазовый детектор, другой вход которого соединен .с выходом первого инвертирующего сумматора, и первый интегрирующий операционный усилитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения расширения полосы режекции при воздействии дестабилизирующих факторов, между выходом управляемого аттенюатора и другим входом второго инвертирующего сумматора включен управляемый фазовращатель, между выходом первого инвертирующего интегрирующего операционного усилителя и уп- щ равляющим входом управляемого фазовращателя включены последовательно усилитель-ограничитель, перемножитель, фильтр нижних частот и второй интегрирующий операционный усилитель, / между выходом самонастраивающегося режекторного фильтра и другим входом перемножителя включен усилитель.
1062839
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в раз личных радиотехнических устройствах для подавления сосредоточенной по спектру помехи, присутствующей в полосе радиоимпульсного сигнала, 5
Известен режекторный фильтр, содержащий вычитатель и узкополосный полосовой фильтр, вход которого является входом режекторного фильтра, а выход соединен с входом вычитаемо- 10 го вычитателя. Вход уменьщаемого вычитателя соединен с входом.режекторного Фильтра (1j, Однако режекторный фильтр требует ручной регулировки, что не позволяет 15 испольэовать его в автоматических радиотехнических устройствах.
Иаи >oлее близким по технической с .;?ости к предложенному техничесI«c! у решению является самонастраива- щ
?оцп11с?1 режекторный фильтр, содержащ-?й соединенные последовательно ггервый инвертирующий сумматор, один вход и выход которого являются ссоТ.ветствекко входом и выходом самонас!тгаиваю егося режекторного фильтра, второй иквертирующий сумматор„ первый пквертирующий интегрирующий операц?.оккый усилитель, выход которого со дикек также с другиМ входом пер--"ого иквертирующего сумлатбра, вто30 ро 1 1?квертирующий интегрирующий опера:-,,ионный усилитель и управляемый ат- CHþàòàð, между входом саглокастрапвающегося режекторного фильтра и
3 управляющим входом управляемого аттек?атора включены последовательно
Фазовый детектор, другой вход которого coeöèHåH с выходом первого инвертирующего сумматора, и первый интегрирующий операционный усилитель (2).40
Однако при воздействии,цестабилиэирующих факторов, например при увеличении температуры окружающей ñðåды4 происходит изменение параметров активных элементов фильтра, в том числе коэффициентов передачи по постоян ?ому току иквертирую1>1иХ интегрирующих операционных усилителей.
Зто приводит к смещению частоты нас;..poéêH Г@ режекторного фильтра относительно частоты помехи и к иска 1жени?о формы резонансной характерис4тики на режекторном выходе фильтра, т.е. к расщирению полосы режекции и к увеличению 1лодуля резонансного коэффициента передачи на частоте настройки ° .
Цель изобретения — умень?аение расширения полосы режекции при воздействии дестаб?лдизирующих факторов. 60
Лоставленная цель достигается тем, что в самонастраивающемся режекторном фильтре, содержащем соединенные последовательно первый инвертирующий сум?латор, один вход и выход которогО являются сООтветстпекнО 13хОЦОм и выходом самокастраиваю:?егося режекторного фильтра, второй инвертирующий сумматор, первый иквертирую?ций интегрирующий опера1.-;?лс?-::?ый усил1>г-.ель . выход которого соеди?:е;:. так:..;е с,,Оу:—
ГИМ ВХОДОМ ПЕРВОГО ИН ЕРТИР;- Щ"=::-0
СУМ?ЛатОРа, ВТОРОЙ ИКВСРТИРУ";.r?Hé ИКтегрирующий Операцио лный усилитель и управляемый аттенюатор, между входом самонастраивающегося pe;.;.eHTop= ного фильтра и управляю=.;èM входом управляемого аттенюатора включены последовательно Фазовый детекTcp . другой вхоц которого ",.c=-„
ХОПОМ ПЕРВОГО ИНВЕРТИ-УЮ-;ЕГО С-.;1;??ла=. тора и первый иктегр>лру?:":,ий. о?-,. р--циОнный усилитель 4 между выхОдом
УПРаВЛЯЕМОГО атТЕНЮ»аТОРа -r P,,rBÊМ
B. rOÄ()М 370POI О и ИВЕi>7И ?У!r) Ц = 4" О матора в кл:о=-е H управ. i-.с:.;? ?1 .; —:; crвра щатель, между выходс» : - =-.р1>огс. Икве?э-тирую1??его иктегрирующе-о О??ера ?иокНОГО усилителя и упрэвля l.. jjj: вхсдом
УПРаВЛЯЕМОГО
ЧаСТОТ И В-ОрОй ИНТЕГ:-:p>>! »?H .< О? ерггционный усили-.ель ?лепл", вь?хо,rro: "> самокастраиваю?4?егося рс- к?О"экого
Ф11льтра и дру км вход < Iepe! ??сжите-?1 Я H КЛК 1 Е Н .> С ИЛИ Т ЕЛ г
Ч ОТЕ >(Е П>>э> > СТ, >", Т . тГ>7 >> г» > ная er!pr(T ическая c >e.w:" cr!-. о >лес. О ивающегося режек rop110". rrBь :г:.- ..
"С".ãëok!àc Tраиэающийся ре,":ек .: Оркыи филk>ТР СOДeP
poй икверти>Сующий НHTег»>Hpуюjц>ий Г rrе раЦионкый у силктель .> > ".11равл?1ег>"-1>1? аттекюатоо о, уп„.авля=.: ый 4?а::.с=;;:;-.-?:;,*. тель 7,. Фазовый дет>е-.r:cp Б„ -: .р>ый интегрирую??ий огерацкон:kr : у .-: -.Тель
9 „фильтр 10 ни>.;них uестIH > 1>т>-, > "л и к те гр?лрующи и оп еpeци о нный .;:-1.-... =
ТЕЛЬ 1 1, УСИЛИТЕЛЬ 2 И ПЕПЕ?,-;КО?л4лтель 13„
Caj«o Ha.ст рак в .ющий -.я," . Т-эг ср:-? ь-.1
Фильтр работает следую ?и>л o?i!»»k зо:л>
Иа вхо>i4 .;скастраи —,аю»>1?егсс -жекторкого Фильтра >?ост, п.--тет с . ". =;;
В ВИ-Е КЕПРЕРЫВНОй С:1 .-" СО?1;. .=.. .т -.Э помехи с частотой ", л..-.:.:. :. - - —::. д.:.-.-41 аПаЭОН(ЧЕО4 " POBКь C» -4 т" >->-;--— ю?цегося режектор. ."Ого Ф.r jr?- т= циоимпульсный сН и, л. прОйдя чере - „самокаст?с,,,,;-?тщ-„-,;.: режекторккй Филу >? > -: - -т>-> -.с .г -т - > >гвыход сигналы пом х?. с в- ..Сд кастраивающегося режекторного тр» выхода IrepBox"О ин 1ертир .",.; -;"
>HTer pHp rOrrteÃO ОПЕОаЦИОКПОГО -С1..>??-;лтеля 4 постс пают н-, в-.:,„-,;; детектора 8 цепи ки частоть- фаэов??й -,;,: - -.;-;Ор
1062839 щестнляет сравнение фаз сигналов помехи и формирует управляющее напряжение, которое занисит от разности между резонансной частотой .Го самонастраивающегося режекторного фильтра (частотой настройки) и частотой помехи. Первоначально .- Ф и выходное напряжение фазового детектора 8 содержит отличную от нуля постоянную составляющую. Это напряжение поступает на вход первого интегрирующего операционного усилителя 9, где осуществляется процесс ин. тегриронания выходного напряжения фазового детектора 8. Коэффициент передачи управляемого аттенюатора б изменяется. Поскольку частота onо ределяется модулем петлевого коэффициента передачи н контуре настрой.ки, то изменение к оэффициента передачи управляемого аттенюатора б приводит к изменению резонансной частоты fa,, Hçìåêåíèå резонансной частоты
;,Го происходит в сторону сближения с частотой fn йомехи до тех пор, пока частота f не совпадет с частотой (1о = f+,). B этом случае постоянная составляющая выходного напряжения фазового детектора 8 будет равна нулю. Режекторный фильтр настроен на частоту помехи (fo = f< ). На результат настройки не влияет радиоимпульсный сигнал, присутствующий на нходе, поскольку воздействие радиоимпульса кратковременно (десятки микро
20 секунд), а цепь фазовой автоподстройки частоты инерционна, В результате настройки резонансной частоты самонастраивающегося режекторного фильтра на частоту помехи происходит ее подавление. Величина подавления помехи (В) определяется значением мо- 40 дуля резонансного коэффициента передачи Ко(самонастраивающегося режокторного фильтра
В
При отсутствии дестабилизирующих факторов величина Ко близка к vymo, что обеспечивает подавление помехи.
Настроенный такиМ образом на частоту помехи самонастраивающийся ре- 50 жекторный фильтр осуществляет подав-ление сосредоточенно по спектру (синусоидальной) помехи и пропускание радиоимпульсного сигнала. При прохождении радиоимпульсного сигнала 55 через самонастраивающийся режекторный фильтр возникают искажения, ныззанные режекцией части его спектра, при этом чем больше полоса режекции фильтра, тем больше искажения. Поло- б0 са. режекции g F определяется добротностью режекторного фильтра Я в соответствии с выражением
29 Г, gF ж 65
При отсутствии дестабилизирующих факторов добротность режекторного фильтра gp+ равна номинальной доброт ности Я (Q<+= о). Количество искажения радиоимпульсного сигнала можно оценить по смещению временного положения максимума радиоимпульсного сигнала. Например, н рассматринаемом фильтре при добротности Q,, = Ро — 200, частоте настройки fо = 100 крц, значении резонансного -коэффициента передачи JKäj = 0,01 и температуре
?О С смещение временного положения максимума радиоимпульсного сигнала типа ЛОРАН-С составляет 1,5 мкс.
Смещение 1,5 мкс учитывается и может компенсироваться при дальнейшей обработке.
При воздействии дестабилизирующих факторов, например при увеличении температуры окружающей среды, происходит изменение параметров активных эле- ментов самонастраивающегося режекторного фильтра, з том числе коэффициентов передачи по постоянному току первого и второго интегрирующих операционных усилителей 4 и 5. Это при- водит к изменению петлевого коэффициента передачи и контуре.
Изменение модуля петлевого коэффициента передачи в контуре приводит к смещению резонансной частоты относительно частоты помехи f„(fо
f ).CMåöåíèå частоты настройки режекторного фильтра относительно частоты помехи приводит к тому, что на выходе фазового детектора 8 вновь появляется отличная от нуля постоянная составляющая напряжения и коэффициент передачи управляемого аттенюатора 6 изменяется.. Поскольку частота определяется модулем петленого коэффициента передачи в контуре, то изменение коэффициента передачи управляемого аттенюатора б приводит к изменению резонансной частоты режекторного фильтра. Изменение резонансной частоты iq режекторного фильтра происходит з сторону сближения с частотой f< помехи до тех пор, пока не устранится смещение резонансной астоты режекторного фильтра относительно частоты помехи, т.е. не восстановится равенство
Увеличение фазового сдвига ьф иэ-за изменения реактивной составляющей и тлевого коэффициента передачи з контуре з результате воздействия цестабилизирующих факторов приводит к уменьшению добротности режекторного фильтра Яр относительно номинальной величины Q, и к увеличению модуля резонансного коэффициента переда-! и jKpj з соответствии с выражениями
Qo
0 77 1+ nq ) Ко1 И о
10б2839
Уменьшение добротности режектор- . ного фильтра ц, приводит к расшире нию полосы режекции и, следовательно, к увеличению искажений радиоимпульсного сигнала. Увеличение значения модуля резонансного коэффициента передачи. " )KQ режекторного фильтра приводит к уменьшению величины подавления помехи и, следовательно, к увеличению остатков подавляемой помехи на режекторном выходе фильтраю
Усилитель 12 усиливает остатки подавляемой помехи, поступающие с режекторного выхода режекторного фильтра. Усилитель-ограничитель 1 15 ограничивает амплитуду выделенной помехи, поступающей с полосового выхода фильтра, т.е. с выхода первого инвертирующего интегрирующего операционного усилителя 4, Перемножитель 2щ
13.осуществляет перемножение ограниченной до постоянной величины амплитуды выделенной помехи с амплитудой е остатков. Фильтр 10 нижних частот
:осуществляет выделение постоянной составляющей выходного напряжения перемножителя 13. Амплитуда выходного напряжения фильтра 10 пропорциональна среднему значени о амплитуды остатков подавляемой помехи. Выходное напряжеЗо ние фильтра 10 поступает на вход второго интегрирующего операционного усилиВНЫИПИ Заказ 10259/57
Тираж 936 Подписное б
Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул,Проектная,4 теля 11 где осуществляется процесс интегрирования. Управляемый фаэовращатель 7 перестраивается. Его перестройка происходит в сторону компенсации фазового сдвига hQ, вызванного воздействием дестабилизирующих факторов до величины 4 g = О. При этом происходит одновременное увеличение добротностй режекторного фильтра до величины ц и уменьшение модуля резонансного коэффициента передачи 1к режекторного фильтра до значения близкого и нулю. Уменьшение модуля резонансного коэффициента передачи ly) приводит к увеличению подавления помехи и уменьшению амплитуды ее остатков. На результат компенсации не влияет радиоимпульсный ситнал, присутствующий на выходе режекторного фильтра, поскольку воздействие радиоимпульса кратковременно (десятки микросекунд), а цепь компенсации инерционна. г
P. результате компенсации фазового сдвига h g вызванил о воздействием дестабилизирующих ф,кторов„ восстанавливается первона-=альное значение добротности и полосы режекции предлагаемого фильтра, что приводит к уменьшению искажений радиоимпульсного сигнала по сравнению с известным устройством.
