Двухконтурный фильтр. Основные свойства

Одноконтурные фильтры обладают очень низкими частотно-селективными свойствами, поэтому в фильтре увеличивают число каскадов. Если контуры связать друг с другом, то они начнут оказывать влияние друг на друга:

Рис15

Имеем два контура, между которыми есть связь (простейший двухконтурный фильтр):

Рис16

Колебательные контуры стараются делать идентичными, т.е:

Эквивалентное затухание контура:

Собственной затухание контура:

Индуктивность контура:

Емкость контура:

Резонансная частота контура:

Полоса пропускания контура:

Нормированный коэффициент передачи для этого фильтра: ,

Где b - параметр связи.

Из выражения для нормированного коэффициента передачи видно что АЧХ имеет три экстремума.

Рассмотрим как влияет параметр связи b на форму АЧХ фильтра:

Рис17

- коэффициент прямоугольности.

Основные моменты:

1. С ростом b прямоугольность растет.
2. При b > 1 у АЧХ появляется пробел, растущий с ростом b. При этом, АЧХ получается двухгорбое.
3. При b > 1 настройка фильтра резко усложняется, так АЧХ – двугорбое и имеет максимумы при двух разных значениях частоты, т.е имеют место две резонансные частоты. Это происходит из-за влияния одного контура на другой. Т.е при настройке одного контура, происходит расстройка второго.
4. Поэтому в приемниках чаще всего выбирают b = 1 (критическая связь).

2.5. Назначение входной цепи и её качественные показатели.

Эквивалентная схема замещения антенны.

Входные цепи предназначены для передачи сигнала из антенны в последующие цепи предварительного подавления помех. Входные цепи должны решать такие задачи, как обеспечение части частотной селекции и согласования антенны со входом УРЧ или других каскадов.

Основные качественные показатели:

1. Коэффициент передачи (резонансный), т.е. отношение напряжения сигнала на входе следующего каскада к ЭДС в антенне, а в случае магнитной антенны – к напряженности поля сигнала;

2. Полоса пропускания – ширина области частот с допустимой неравномерностью коэффициента передачи;

3. Диапазон частот перестройки;

4. Перекрытие заданного диапазона частот. Если приемник не рассчитан на дискретную настройку, то должна обеспечиваться настройка на любую частоту заданного диапазона, причем коэффициент передачи, полоса пропускания и селективность не должны существенно изменяться;

5. Селективность, характеризующая уменьшение коэффициента передачи при заданной расстройке K по сравнению с его значением на резонансе K₀, т.е. s = K₀ / K. Входная цепь вместе с УРЧ обеспечивает селективность приемника по побочным каналам приема и общую предварительную фильтрацию помех;

6. Коэффициент шума;

7. Коэффициент стоячей волны (КСВ);

8. Некоторые другие параметры;

Эквивалентная схема замещения антенны.

Все антенны можно разделить на две большие группы:

1. Согласованные;

2. Не согласованные.

Эквивалентная схема замещения антенны:

Рис18

1. - для согласованных антенн.

2. - для не согласованных антенн.

В случае не согласованной антенны эту антенну можно представить в виде такой эквивалентной схемой замещения:

Рис19

В диапазонах СЧ иНЧ , поэтому индуктивностью можно пренебречь. В диапазоне ВЧ сопротивление не согласованных антенн может иметь как емкостный, так и индуктивный характер.

2.6. ВЦ с ненастроенной антенной и индуктивной связью.

Требования ко входной цепи при ненастроенной антенне:

1. Входная цепь должна обеспечивать наиболее полную передачу сигнала от антенны к последующему каскаду приемника, т.е. резонансный коэффициент передачи должен быть как можно больше.
2. Эта передача должна быть равномерной на всех частотах настройки (во всем диапазоне перестройки) входной цепи.

1. Вносимые реактивности не должны расстраивать входную цепь.

Одноконтурные входные цепи с ненастроенной антенной и индуктивной связью.

1. Перестройка контура осуществляется конденсатором переменной емкости (КПЕ).
2. Индуктивность связи L_СВ отнесем к антенному контуру. Хотя L_СВ находится в приемнике, она принадлежит антенной цепи.

Введем понятие резонансной частоты антенной цепи: .

3. . Это объясняется тем, что из-за маленьких размеров антенны, ее активное сопротивление намного меньше сопротивления конденсатора.

Свойства данной входной цепи.

Резонансный коэффициент передачи:

состоит из C_A и L_СВ:

Эквивалентная проводимость:

Коэффициент включения:

Из этого выражения видно, что изменение коэффициента передачи K₀ будут различным в зависимости от w_A/w.

1. w_A > w (верхняя настройка антенной цепи):

2.

3. w_A < w (нижняя настройка антенной цепи): . За счет активного сопротивления антенной цепи, которым мы пренебрегли, коэффициент передачи будет немного изменяться.

Следствия:

1. При индуктивной связи с ненастроенной антенной имеет место одна из трех ситуаций:

А) При повышенной частоте настройки антенной цепи коэффициент передачи К₀ пропорционален частоте настройки w².

Б) При w_MIN < w_A < w_MAX, коэффициент передачи K₀ имеет экстремум на w = w_A.

В) При w_A < w имеем нижнюю настройку антенной цепи. При этом K₀ зависит от w.

1. Емкость антенны случайная величина, так как даже прикосновение рукой к антенне приводит к изменению емкости. Поэтому существует требование, предъявляемое на заводе к катушке связи L_СВ:

; ;

3. , где

- наименьшее и наибольшее значение резонансной частоты антенны.

2.7. Одноконтурные входные цепи с ненастроенной антенной и ёмкостной связью.

Внешне и внутри ёмкостная связь с антенной. Диапазонные свойства входной цепи с ёмкостной связью. Влияние антенны на настройку цепи. Меры по снижению этого влияния.

Чтобы параметры антенны мало влияли на настройку контура, емкость связи С_СВ должна быть малой.

Емкость связи отнесем к антенной цепи. Тогда общая емкость антенной цепи будет: .

Реактивное сопротивление 1/wC_АНТ много больше, чем wL_A и R_A, которыми мы пренебрегаем. При этих допущениях: .

Эквивалентная проводимость: ; ;

Получим коэффициент передачи: .

Покажем зависимость K₀ от изменения частоты:

Требуют выполнения следующего условия:

На самом деле С_СВ берут в 10 раз больше, так как в противном случае коэффициент передачи очень маленький.

Следствия:

1. Цепь очень плохая: K₀ – маленький и сильно зависит от частоты расстройки.

2. Для реально выбираемых C_СВ, антенна может сильно расстраивать входную цепь.

3. Тем не менее эта цепь применяется очень часто, что объясняется простотой ее реализации.

Существует внутренняя емкостная связь в двух конфигурациях:

2.8. Входные цепи при настроенной антенне.

Коэффициент передачи и коэффициент шума одноконтурной цепи при настроенной антенне.

Настроенные антенны применяют в микроволновых диапазонах, в которых размеры антенны сравнимы с длиной волны, а также при профессиональном приеме на декаметровых волнах, например на магистральных линиях радиосвязи.

Эквивалентная схема замещения:

Причины, почему нужна согласованная антенна:

1. В этом случае обеспечивается высокая чувствительность.
2. Реализуется низкий коэффициент шума.
3. Для уменьшения искажения сигнала за счет переотражения от входа приемника.

Чтобы обеспечить режим согласования надо подобрать коэффициент включения p₁.

Основные характеристики цепей в этих режимах:

Проводимость антенной цепи: G₁ = 1 / R_A.

Максимум максиморум коэффициента передачи:

Эквивалентное затухание:

Максимальный коэффициент передачи при заданной полосе пропускания:

Рассматриваемый режим входных цепей удобно характеризовать коэффициентом передачи по мощности:

Максимум максиморум коэффициента передачи по мощности:

Коэффициент шума при согласованной антенне.

1. ; Так как G₀ – маленькое, то контур практически не шумит, тогда коэффициент шума будет равен: .

2. .

Коэффициент шума в режиме максимума максиморума коэффициента передачи:

Следствия: