ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ
12.1. Фильтры в аппаратуре многоканальной связи и их характеристики
Одним из основных элементов систем передачи с ЧРК являются электрические фильтры. Общим требованием к фильтрам являются выделение и направление в нагрузку электрических колебаний требуемого спектра частбт. При этом электрические колебания других частот не должны пропускаться фильтром, но и не должны поглощаться им, так как они обычно используются для передачи других сообщений. Следовательно, электрический фильтр не должен поглощать энергию ни в полосе пропускания, ни в полосе задерживания, т. е. должен содержать в идеальном случае только реактивные элементы Lи С1.
В аппаратуре , многоканальной связи встречаются фильтры различного назначения.
Канальные, с помощью которых на передающей станции выделяется только нужная боковая полоса частот и отсеиваются все остальные частоты, появляющиеся на выходе преобразователя. На приемной станции с помощью канальных фильтров выделяется спектр частот нужного канала и отсеиваются электрические колебания остальных каналов данной группы.
Направляющие, используемые в двухполосных системах для разделения верхней и нижней групп каналов, работающих в противоположных направлениях.
Линейные, разделяющие спектры систем, работающих в различных диапазонах частот на одной линии.
Специальные, включаемые в групповой части аппаратуры для выделения нужной группы каналов или предназначенные для выделения отдельных частот (несущих, контрольных и т. д.).
В зависимости от назначения фильтры должны обладать соответствующими характеристиками. Одной из основных характеристик является частотная характеристика затухания фильтра. При этом определяется полоса эффективно пропускаемых частот, внутри которой должно, быть обеспечено минимальное (не более допустимого) отклонение его характеристического сопротивления от нагрузки или минимальные (не более допустимых) колебания рабочего затухания фильтра. Определяются также полоса эффективно задерживаемых частот и минимально допустимое затухание фильтра внутри этой полосы.
В некоторых случаях к фильтрам предъявляются дополнительные требования в отношении допустимых значений нелинейности элементов (например, фильтры направляющие, устанавливаемые на выходах линейных усилителей, линейные фильтры и т. п.). Это требование диктуется тем, что электрические колебания групповых сигналов могут достигать значительной мощности, что может повлечь за собой большие нелинейные искажения и взаимные помехи между каналами.
К некоторым фильтрам могут быть предъявлены особые требования в отношении частотно-фазовой характеристики, стабильности характеристик затухания и т.д.
В качестве примера рассмотрим определение требований к канальному фильтру, несколько упрощенная характеристика которого изображена на рис. 12.1, а. Канальный фильтр передачи должен обеспечить подавление второй (на рис. 12.1,б верхней) боковой полосы частот, отстоящей от нижней боковой полосы на 600 Гц. Кроме этого, он должен обеспечить соответствующее затухание (примерно 8,6 дБ) для остатка несущей частоты fн, отстоящей от полосы эффективно передаваемых частот всего на 300 Гц. Для выполнения этих требований фильтр должен обладать достаточно большим затуханием в полосе запирания (примерно аз = 60 дБ) и большой крутизной нарастания затухания, что осуществить достаточно трудно.
Реально осуществленный фильтр имеет некоторую неравномерность затухания. а0 в полосе пропускания (см. рис. 12.1, а), которая также должна нормироваться. Учитывая сложность и экономическую целесообразность расчета фильтра, имеющего требуемую величину а0, в ряде случаев допускают некоторый подъем затухания на краях полосы Аф и устраняют появившуюся неравномерность корректирующими элементами в схеме усилителя низкой частоты приемной или соответствующими фильтровыми выравнивателями передающей части аппаратуры.
Канальный фильтр приемной части аппаратуры должен иметь затухание в полосе задерживания также примерно а3 = 60 дБ, но, учитывая, что спектры соседних каналов отстоят от полосы эффективно передаваемых частот на 900 Гц(рис. 12.1, в), требования к этим фильтрам в отношении крутизны нарастания характеристики затухания можно было бы предъявить меньшие. Вместе с тем на входах этих фильтров могут появиться групповые сигналы достаточно большой мощности, поэтому при проектировании фильтров следует обращать внимание на возможность возникновения нелинейных искажений.
Несмотря на изложенные особенности в действующей аппаратуре, исходя из производственных соображений канальные фильтры передачи и приема делают одинаковыми.
Направляющие фильтры в двухполосных системах включаются на оконечных и всех промежуточных пунктах магистрали (рис. 12.2). Большое число фильтров, включаемых каскадно, заставляет предъявлять особые требования к равномерности частотной характеристики затухания в полосе пропускания фильтра во избежание накопления неравно-мерностей по длине магистрали. Для достижения допустимой неравномерности (0,5 дБ) по магистрали приходится прибегать к специальным корректорам. Выше (см. рис. 4.44, 6) были изложены требования к направляющим фильтрам. Аналогично определяются необходимые исходные данные для расчета и других фильтров.
12.5. Параллельная работа фильтров
Наиболее часто фильтры в аппаратуре, многоканальной связи включаются параллельно друг другу для разъединения (или объединения) спектров отдельных каналов или групп каналов. Примером параллельного включения полосовых фильтров являются канальные фильтры в системах с ЧРК. Параллельно включаются фильтры ВЧ и НЧ направляющие, а также линейные фильтры. При этом неизбежно возникают влияния между фильтрами, ухудшающие их работу.
Существуют два способа уменьшения указанных влияний: включе ние реактивных элементов, компенсирующих влияние соседних фильтров, и 'включение фильтров через развязывающие цепи.
Уменьшение взаимных влияний фильтров осуществляется с помощью способа Х-образных окончаний. На рис. 12.21 изображены кривые характеристических сопротивлений фильтра.ВЧ Z2 (сплошные линии) и фильтра НЧ Z1 (штриховая линия) с общей пограничной частотой fср. Взаимные влияния фильтров выражаются в том, что реактивные сопротивления в области полосы задерживания одного фильтра шунтируют электрические колебания, относящиеся к полосе пропускания соседнего фильтра. Рассматриваемый способ заключается в изменении значений реактивных сопротивлений (рис. 12.22, а), которыми фильтры включаются на общую нагрузку ZН. На рис. 12.22; б эти реактивности обозначены Хz1 и Xz'1. Для определенности на рис. 12.22 рассмотрено влияние фильтра ВЧ на фильтр НЧ, рассуждения же и выводы будут вестись в общем виде, одинаково пригодном для обратного влияния.
Если перерисовать схему, как это показано на рис. 12.22, в выделив звено Т фильтра НЧ, то остаток (X — 1/2)Z1 совместно с фильтром ВЧ (ограничено двумя вертикальными штриховыми линиями) составит звено типа т фильтра НЧ (сравнить с рис. 12.17).
Как известно, окончание zптэтого полузвена обеспечивает достаточно хорошее согласование с нагрузкой
в том случае, если т = 0,618. Сравнение последовательно включенных элементов рис. 12.17 и рис. 12.22, в дает (X — 1/2)Z1 = 1/2тz1 отсюда
(при т = 0,618) X = 0,809. Таким образом, если элементы фильтров НЧ и ВЧ, которыми они включаются друг на друга и на общую нагрузку (см. рис. 12.22, б), взять равными не 1/2z1, а 0,809 z1(и соответственно 0,809 z1), то взаимное влияние фильтров будет улучшать их согласование с общей нагрузкой. Получаемые результаты изображены на рис. 12.21 штриховыми линиями.
При параллельном включении полосовых фильтров (рис. 12.23, а) применяется способ компенсирующего двухполюсника. Средний фильтр (рис. 12.23, б) не испытывает сильного шунтирующего действия со стороны крайних, так как их влияния взаимно компенсируются. Крайние же фильтры шунтируются реактивными сопротивлениями всех фильтров, включенных параллельно данному (на рис. 12.23 показано жирными отрезками линий). Для компенсации этих влияний можно применить простейший контур (см. рис. 12.23, а), рассчитав его элементы так, чтобы- он .компенсировал емкостное и индуктивное влияния на средних частотах полос пропускания первого и третьего фильтров (на рис. 12.23, б характеристика контура показана штриховой линией). Если параллельно включается большее число фильтров, компенсирующий двухполюсник берется более сложный (например, изображенный на рис. 12.23, в), позволяющий обеспечить компенсацию не на двух, а на четырех частотах.
В качестве примера согласования фильтров с помощью развязывающих устройств на рис. 12.24, а показано использование симметричной дифференциальной системы. Если с помощью резисторов R1 и R2 осуществить балансировку дифференциальной системы, то влияния между четными и нечетными группами фильтров будут значительно ослаблены. Фильтры же в каждой группе расположены на значительном удалении по частоте друг от. друга, что также уменьшает их влияние внутри каждой группы. Недостатком этой схемы является то, что в тракт передачи сигналов включается достаточно большое затухание дифсистемы 3-4 дБ. В качестве развязывающих цепей можно также использовать ре-зисторные схемь! (рис. 12.24, б). Если сопротивление резисторов R1 взять много больше R2, то влияния между фильтрами будут значительно ослаблены. Включаемые в тракты передачи затухания будут компенсироваться усилением усилителя.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.