Узкополосные урс с сосредоточенной избирательностью

Применяются в качестве УПЧ после преобразователя частоты. Необходимая избирательность обеспечивается сложной колебательной системой на входе УРС, а необходимое усиление обеспечивается последующими апериодическими или слабоселективными каскадами. Сосредоточение избирательности на входе УРС повышает помехозащищенность тракта, упрощает регули­ровку и настройку, т.е. делает тракт более технологичным.

Фильтр сосредоточенной избирательности на LC-элементах состоит из нескольких связанных контуров, реализующих баттервортовскую, чебышевскую или кауэровскую (эл­липтическую) передаточную характеристику.

Фильтры, описываемые первой зависимостью, имеют гладкую амплитудно-частотную характеристику как в полосе пропускания, так и в полосе задержания, однако наименьшую крутизну скатов (рис.5.43, а). Чебышевские фильтры в полосе прозрачности имеют колебательную характеристику и гладкую внеполосную. Крутизна ската средняя (рис.5.43, б). Эллипти­ческие (кауэровские) фильтры обладают наибольшей крутизной скатов и колебательной АЧХ в полосе и за полосой пропускания (рис.5.43, в).

Рис. 5.43

Структура всех фильтров в целом сходна и для случая с внешнеемкостной связью приведена на рис.5.44.

Рис. 5.44

Основой кварцевого фильтра является кварцевый резонатор - пластина кварца, помещенная в специальный кварцедержатель. Под действием при­ложенного напряжения сигнала в пластине возникают механические коле­бания. Такая избирательная система имеет весьма узкую полосу пропускания (десятки - сотни герц) и доброт­ностью 10⁴ - 10⁶ единиц. Фильтры выполняются в виде в мостовой либо цепочечной схемы (см. рис.5.45, а,б).

Рис. 5.45

Эквивалентная схема кварца представлена на рис.5.46, где обозначены С_соб – собственная емкость корпуса, С_вн – дополнительная внешняя емкость.

Рис.5.46

Входная проводимость двухполюсника равна

, (5.55)

где - параллельная емкость, определяющая частоту параллельного резонанса (рис.5.46,б)

;

- частота последовательного резонанса.

Рис.5.47

Принцип действия мостовой схемы поясняется на рис. 5.47. При балансе моста, т.е. при равенстве проводимостей каждого плеча (точки пересечения, соответствующие f_c1 и f_c2) выходное напряжение отсутствует. Полоса частот между f_c1 и f_c2 соответствует полосе прозрачности фильтра.

Рис. 5.48

В современных РПУ используются также монолитные кварцевые фильтры, представляющие собой решетку из электродов, нанесенных на поверхность кварца. Электроды действуют как резонаторы, а участки между ними - как элементы связи.

Кварцевый фильтр включается в УРЧ через колебательные контуры L_кC_к (рис.5.48), которые согласуют входное и выходное сопротивления фильтра (1 - 8 кОм) с трактом и повышают затухание фильтровой системы для больших расстроек. Полосное затухание фильтра невелико и не превышает 2 - 3 дБ совместно с согласующей системой, селективность составляет более 60 дБ.

Пьезокерамические фильтры (ПКФ) выполняются аналогично монолитным кварцевым фильтрам, однако решетка наносится на поверхность пьезоке­рамики. Эти фильтры более просты в изготовлении, но обладают худшей селекцией, не превышающей 30 - 40 дБ, так как добротность элементов составляет 300 - 600 единиц. Например, типичный ПКФ ФП1П-23, рассчи­танный на применение в трактах с f_пч= 465 кГц, имеет следующие параметры: полоса пропускания по уровню 6 дБ - 9,5 кГц, селективность по соседнему каналу 40 дБ, полосное затухание менее 9,5 дБ, входное и выходное сопротивления - 2 кОм.

Рис. 5.49

Схема включения ПКФ в тракт приемника проще (рис.5.49) и обычно не содержит согласующих контуров на выходе фильтра (а иногда и на вхо­де). При этом выход фильтра включается непосредственно в базовую цепь транзистора первого каскада промежуточной частоты.

Принцип действия ФСИ на основе механического резонанса состо­ит в преобразовании электрических колебаний в механические, возбужде­нии ими механической системы и обратном преобразовании в электри­ческие.

Магнитострикционные фильтры или электромеханические фильтры (ЭМФП) представляют собой электромеханическую систему, состоящую из электро­механических преобразователей, включающих катушку индуктивности с магнитострикционным стержнем и магнит, механических резонаторов в ви­де металлических дисков и упругих связок между ними (рис.5.50,а).

При прохождении через входную катушку тока высокой частоты в магнитост­рикционном стержне возникают в присутствии постоянного магнитного по­ля механические колебания с частотой сигнала, которые возбуждают ко­лебания в механических резонаторах. Эти колебания передаются через упругие связи к выходному преобразователю и через катушку на выход фильтра. Колебательное звено эквивалентно резонансной цепи вида, по­казанного на рис.5.50,б с высокой добротностью элементов. Схема вклю­чения фильтра в тракт промежуточной частоты показана на рис.5.50, в.

Рис. 5.50

Параметры фильтра ЭМПФ-5-465-6: частота настройки - 465 кГц, полоса пропускания по уровню 3 дБ - 5,6÷6,4 кГц, избирательность по соседнему каналу 56 дБ, полосное затухание 8,5 дБ, входное сопротивление 10 кОм, выходное 1 кОм.

Рис. 5.51

Фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) также представ­ляют механическую систему, содержащую пьезоэлектрическую подложку из нионабата лития либо танталата лития, на которой методом фотолитографии нанесены штыревые электроды (рис.5.51). Входной преобразователь возбуждает в подложке упругие деформации, которые в виде поверхност­ной акустической волны распространяются по поверхности подложки филь­тра и достигают выходного преобразователя. Скорость распространения зависит от материала и равна м/сек для кварца и м/сек для нионабата лития. Свойства среды распростра­нения и конфигурация штыревой структуры преобразователей определяют форму АЧХ фильтра. Эквивалентная схема фильтра на ПАВ представлена на рис.5.52 , где Т – линии задержки. Такая структура известна как трансверсальный или нерекурсивный фильтр.

Рис.5.52

Номенклатура фильтров на ПАВ достаточно широкая. Типовая селектив­ность фильтров для диапазона 100 - 1000 МГц составляет 40 - 60 дБ при полосах пропускания 10 - 100 МГц и полосном затухании 5 -15 дБ.