Пассивные радиочастотные фильтры. Полосовые фильтры СВЧ диапазонов. Полосовые фильтры трактов промежуточной частоты

3. ПАССИВНЫЕ РАДИОЧАСТОТНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Обеспечение высоких технических характеристик приемных устройств и прежде всего в отношении селективности по соседним, зеркальным и другим дополнительным каналам приема требует квалифицированного выбора и применения современных радиочастотных фильтров.

Оптимизация выбора фильтров часто является многокритериальной. Важны не только характеристики избирательности, стабильности, стоимости, но и массогабаритные, конструктивные особенности, существенно влияющие на размеры плат приемников, технологичность изготовления и настройки. Иногда важны и другие факторы, например связанные с построением малошумящих УРЧ или повышенной защитой приемников от интермодуляционных помех.

В настоящее время расширяется вверх диапазон частот, где начинают использоваться в микросхемах приемников активные фильтры RC-типа. Совершенствуются технические и программные средства фильтрации на основе цифровой обработки сигналов. При этом “оцифровка” сигналов с помощью АЦП приближается к антенне, т.е. выполняется на все более малом уровне амплитуды сигналов на первой промежуточной частоте и даже после малошумящих УРЧ. Вместе с тем подавляющее большинство устройств приема в настоящее время используют супергетеродинные схемы. Для  них необходимы пассивные фильтры радиочастотных диапазонов.

По месту включения фильтров в приемниках их можно классифицировать как

-  входные полосовые фильтры, работающие на частоте сигнала в антенне;

-  полосовые фильтры тракта высокой промежуточной частоты (при многократных преобразованиях, при работе в высокочастотных диапазонах, при работе  с широкополосными сигналами);

-  полосовые фильтры тракта низкой промежуточной частоты, на которой выполняются усиление, ограничение сигналов или автоматическая регулировка усиления, и обычно обеспечивается избирательность по соседним каналам и осуществляется детектирование.

Входной полосовой фильтр в зарубежной технической литературе называют «Front – end filter», т.е. «фильтр переднего конца» тракта приема. В целом это фильтр преселектора, включающего в себя входную цепь и фильтр нагрузки УРЧ. Его задача, как уже отмечалось, заключается в подавлении зеркального канала, канала прямого прохождения (f_пч) и сужении полосы частот, в которой возможен прием сильных сигналов, способных вызвать интермодуляционные помехи.

В табл. 5 приводятся основные варианты входных и промежуточных частот в типовых системах радиосвязи.

Таблица 5

Для малошумящего приема с целью повышения реальной чувствительности  потери сигнала в фильтре входной цепи должны минимизироваться. Минимальными потерями пока что могут обладать фильтры входных цепей на основе контуров, длинных линий, объемных и комбинированных резонаторов. Их недостаток – сравнительно большие габариты.

В новых, особенно малогабаритных средствах связи во входных цепях все более широко используются твердотельные фильтры. Они компактны, стабильны, не требуют настройки. По величине потерь (1,5…4 дБ) они заметно уступают фильтрам, названным выше, но уже вполне приемлемы даже для обеспечения чувствительности приемных устройств многих систем радиосвязи.

На частотах выше нескольких ГГц все шире используют фильтры на диэлектрических резонаторах. Добротность диэлектрического резонатора может составлять 2000...5000, а  в случае низких требований к температурной стабильности и значительно больше. Высокие значения диэлектрической постоянной материала e=30…200 и более позволяют выполнять фильтры достаточно компактными по сравнению с объемными резонаторами.

На частотах от 30 до 3000 МГц широко применяются фильтры на поверхностных акустических волнах. Фильтры на ПАВ для входных цепей имеют небольшие потери (около 1,5…3,5 дБ), но обладают при этом сравнительно невысокой избирательностью (рис. 6, вид А). ПАВ – фильтры, обеспечивающие высокое подавление внеполосных сигналов (50…80 дБ), имеют потери до 7…25 дБ. Они включаются в тракт, где уровень сигнала достаточно велик