Режекторный фильтр с перестраиваемой полосой пропускания

Авторы патента:

Прокопенко Николай Николаевич (RU)

Савченко Евгений Матвеевич (RU)

Денисенко Дарья Юрьевна (RU)

Любшов Александр Андреевич (RU)

H03H11/04 - частотно-избирательные четырехполюсники

Владельцы патента RU 2780811:

Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО" (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для подавления нежелательных сигналов (помех) в системах связи и радиолокации, в т.ч. в функциональных узлах усилителей мощности. Технический результат: создание режекторного фильтра, в котором предусмотрена регулировка полосы пропускания не за счет изменения параметров частотозадающей индуктивности 8 или конденсатора 7, а за счет управления сопротивлением вспомогательных резисторов. В частных случаях в качестве данных вспомогательных резисторов могут использоваться цифроуправляемые резисторы или цифровые потенциометры. Режекторный фильтр с перестраиваемой полосой пропускания содержит вход (1) и выход (2) устройства, согласующий резистор (3), последовательный LC колебательный контур (4) с первым (5) и вторым (6) выводами, включающий частотозадающие конденсатор (7) и индуктивность (8), причем первый вывод согласующего резистора (3) соединен с входом (1) устройства, а его второй вывод связан с выходом устройства (2) и подключен к первому выводу (5) последовательного LC колебательного контура (4). Второй вывод согласующего резистора (3) связан с выходом устройства (2) через первый (9) буферный усилитель, выход (2) устройства соединен через дополнительный делитель напряжения (10) с входом второго (11) буферного усилителя, выход которого связан со вторым выводом (6) последовательного LC колебательного контура (4). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

В настоящее время режекторные фильтры [1-8] реализуются как на основе операционных усилителей [2], так и в виде пассивных (LC) ВЧ и СВЧ устройств частотной селекции [5-8].

Современные ВЧ и СВЧ усилители мощности для систем связи с амплитудной модуляцией имеют повышенные требования к уровню нелинейных искажений. Для обеспечения контроля уровня нелинейных искажений в режиме эксплуатации целесообразно использовать встроенный детектор мощности с предлагаемым режекторным фильтром, который устраняет сигнал основной гармоники на входе детектора мощности. Это позволяет определить уровень мощности нелинейных гармонических искажений. СВЧ усилители мощности выполняются чаще всего на основе GaAs технологических процессов, поэтому актуальной задачей является разработка схемотехники режекторных фильтров и их активных (усилительных) элементов с учетом специфики GaAs технологических процессов.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является классический режекторный фильтр фиг. 1, опубликованный на сайте «Практическая электроника» (URL: https://www.ruselectronic.com/passive-filters/#LC). Данное схемотехническое решение представлено также в большом количестве статей и профильных монографий, например, [2,8]. Он содержит вход 1 и выход 2 устройства, согласующий резистор 3, последовательный LC колебательный контур 4 с первым 5 и вторым 6 выводами, включающий частотозадающие конденсатор 7 и индуктивность 8, причем первый вывод согласующего резистора 3 соединен со входом 1 устройства, а его второй вывод связан с выходом устройства 2 и подключен к первому выводу 5 последовательного LC колебательного контура 4.

Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что перестройка полосы пропускания в нем может быть реализована только за счет изменения параметров или индуктивности 8 или конденсатора 7. Это ограничивает области использования известной схемы РФ, которая не может использоваться как IP модуль с цифровым управлением.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании режекторного фильтра, в котором предусмотрена регулировка полосы пропускания не за счет изменения параметров частотозадающей индуктивности 8 или конденсатора 7, а за счет управления сопротивлением включаемых в схему вспомогательных резисторов. В частных случаях в качестве данных вспомогательных резисторов могут использоваться цифро-управляемые резисторы или цифровые потенциометры.

Поставленная задача достигается тем, что в режекторном фильтре фиг. 1, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, согласующий резистор 3, последовательный LC колебательный контур 4 с первым 5 и вторым 6 выводами, включающий частотозадающие конденсатор 7 и индуктивность 8, причем первый вывод согласующего резистора 3 соединен со входом 1 устройства, а его второй вывод связан с выходом устройства 2 и подключен к первому выводу 5 последовательного LC колебательного контура 4, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод согласующего резистора 3 связан с выходом устройства 2 через первый 9 буферный усилитель, выход 2 устройства соединен через дополнительный делитель напряжения 10 со входом второго 11 буферного усилителя, выход которого связан со вторым выводом 6 последовательного LC колебательного контура 4.

На фиг.1 представлен классический режекторный фильтр - прототип, опубликованный, например, на сайте «Практическая электроника» (URL: https://www.ruselectronic.com/passive-filters/#LC).

На фиг. 2 показана схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 и п. 2 формулы изобретения.

На фиг. 3 приведена схема режекторного фильтра фиг. 2 в среде моделирования MicroCap для частного случая выбора численных значений индуктивности 8 и конденсатора 7.

На фиг. 4 представлены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики предлагаемого режекторного фильтра фиг. 3.

Режекторный фильтр с перестраиваемой полосой пропускания фиг. 2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, согласующий резистор 3, последовательный LC колебательный контур 4 с первым 5 и вторым 6 выводами, включающий частотозадающие конденсатор 7 и индуктивность 8, причем первый вывод согласующего резистора 3 соединен со входом 1 устройства, а его второй вывод связан с выходом устройства 2 и подключен к первому выводу 5 последовательного LC колебательного контура 4. Второй вывод согласующего резистора 3 связан с выходом устройства 2 через первый 9 буферный усилитель, выход 2 устройства соединен через дополнительный делитель напряжения 10 со входом второго 11 буферного усилителя, выход которого связан со вторым выводом 6 последовательного LC колебательного контура 4.

На фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, дополнительный делитель напряжения 10 реализован на первом 12 и втором 13 вспомогательных резисторах, общий узел которых соединен со входом второго 11 буферного усилителя.

На фиг. 2 между входом 1 устройства и общей шиной источника питания 15 включен источник сигнала 14.

Работа схемы фиг. 2 и ее соответствие заявляемым свойствам подтверждается результатами компьютерного моделирования в среде MicroCap, представленными на фиг. 4. Как следует из фиг. 4, за счет изменения сопротивления резистора R5, входящего в структуру дополнительного делителя напряжения 10, в схеме фиг. 2 при постоянных номиналах частотозадающих конденсатора 7 и индуктивности 8 изменяется полоса пропускания режекторного фильтра.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом и может использоваться в устройствах частотной селекции с цифровым управлением.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Практическая электроника: сайт. - URL: https://www.ruselectronic.com/passive-filters/#LC.

2. Лоскутов, Е.Д. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебное пособие / Е.Д. Лоскутов. - Саратов: Вузовское образование, 2016. - 264 с. - Текст: электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS: [сайт]. - URL: https://www.iprbookshop.ru/44037.html (дата обращения: 17.09.2021). - Режим доступа: для авторизир. пользователей - Рис. 8.21

3. Патент RU 2520422, 2014 г.

4. Патент SU 1417178, 1988 г.

5. Электрические LC-фильтры: сайт.- URL: http://bourabai.kz/toe/filters.htm. - Рис. 6.

6. https://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/need-matlab-code-one-rlc-filter-instructions-want-lanalyzing-frequency-response-circuit-bo-q19396304

7. https://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/experiment-52-rlc-filters-function-generator-figure-54-experiment-52-rlc-band-pass-filter--q32336352

8. Современная теория фильтров и их проектирование / под ред. Г. Темеша и С.Митра: пер. с англ. / под ред. канд. техн. наук И.Н. Теплюка с предисловием д-ра техн. наук А.А. Ланнэ. - Изд-во «Мир», Москва, 1977. - 560 с.

1. Режекторный фильтр с перестраиваемой полосой пропускания, содержащий вход (1) и выход (2), согласующий резистор (3), последовательный LC колебательный контур (4) с первым (5) и вторым (6) выводами, включающий частотозадающие конденсатор (7) и индуктивность (8), причем первый вывод согласующего резистора (3) соединен с входом (1), а его второй вывод связан с выходом (2) и подключен к первому выводу (5) последовательного LC колебательного контура (4), отличающийся тем, что второй вывод согласующего резистора (3) связан с выходом (2) через первый (9) буферный усилитель, выход (2) соединен через дополнительный делитель напряжения (10) с входом второго (11) буферного усилителя, выход которого связан со вторым выводом (6) последовательного LC колебательного контура (4).

2. Режекторный фильтр с перестраиваемой полосой пропускания по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный делитель напряжения (10) содержит первый (12) и второй (13) вспомогательные резисторы, общий узел которых соединен с входом второго (11) буферного усилителя.

Изобретение относится к области радиотехники, а также измерительной техники, и может использоваться, например, для осуществления фильтрации помех и защиты систем радиомониторинга в коротковолновом диапазоне. Технический результат - возможность регулировки полосы задерживания.

Полосовой фильтр четвертого порядка // 2760871

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала, например, при его обработке аналого-цифровыми преобразователями. Технический результат: обеспечение в полосовом фильтре четвертого порядка возможности изменения полосы пропускания и расширенного частотного диапазона.

Полосовой фильтр четвертого порядка // 2752254

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала. Технический результат: создание условий, при которых полосовой фильтр четвертого порядка имеет возможность изменения полосы пропускания и обладает расширенным частотным диапазоном.

Широкополосный полосовой фильтр четвертого порядка // 2749605

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении в полосовом фильтре четвертого порядка возможности изменения полосы пропускания в расширенном частотном диапазоне.

Режекторный фильтр четвертого порядка // 2749400

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться, например, для осуществления фильтрации помех и защиты систем радиомониторинга в коротковолновом диапазоне. Технический результат заключается в том, что в режекторном фильтре четвертого порядка обеспечена возможность регулировки полосы задерживания.

Режекторный фильтр четвертого порядка // 2748608

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, для осуществления фильтрации помех и защиты систем радиомониторинга в коротковолновом диапазоне. Технический результат - обеспечение возможности регулировки полосы задерживания в режекторном фильтре четвертого порядка.

Универсальный активный rc-фильтр второго порядка на мультидифференциальных операционных усилителях с минимальным количеством пассивных и активных элементов // 2724917

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат: создание универсального фильтра, обеспечивающего реализацию фильтра высоких и низких частот и полосового фильтра.

Активный пьезоэлектрический полосовой фильтр // 2706480

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для селекции сигналов.Технический результат - перестраиваемая режекция частот в полосе пропускания полосового фильтра. Предлагается активный пьезоэлектрический полосовой фильтр, содержащий входную и выходную потенциальные клеммы, общую шину, операционный усилитель, имеющий два входа и один выход, соединенный с выходной потенциальной клеммой, первый и второй двухполюсники, соединенные первыми выводами с потенциальной входной клеммой, а вторыми - с соответствующим входом операционного усилителя.

Активный перестраиваемый двухзвенный полосовой фильтр // 2701046

Изобретение относится к средствам частотной селекции сигналов в приемо-передающих устройствах связи. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств активных полосовых фильтров.

Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка // 2697612

Изобретение относится к измерительной техники и может использоваться, например, в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики активного RC-фильтра.