Аналоговый полосовой фильтр

005790 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к аналоговому полосовому фильтру, содержащему множество индуктивно-емкостных многозвенных схем лестничного типа, характеристика которых определяется полосой пропускания (между частотами fpi и fps) и полосой задерживания (от 0 до fri и от frs до 0), и отличающемуся тем, что такие индуктивно-емкостные многозвенные схемы лестничного типа содержат ряд включенных параллельно нагрузке фильтра резонансных контуров, резонансные частоты которых совпадают с нижней (fpi) и верхней (fps) частотами среза полосового фильтра. Помимо этого у такого фильтра предусмотрен также регулировочный резистор, который регулирует влияние резонансных контуров на фильтр. Схема подобной структуры позволяет компенсировать влияние фактических ограничений, накладываемых индуктивно-емкостными компонентами, и тем самым приблизить характеристику аналогового полосового фильтра, образованного такими компонентами, к характеристике идеального полосового фильтра. Задача изобретения В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать, как следует из его названия, аналоговый полосовой фильтр, содержащий множество индуктивно-емкостных многозвенных схем лестничного типа, путем компенсации влияния фактических ограничений, накладываемых индуктивно-емкостными аналоговыми компонентами и характерных для фильтров подобного типа, и за счет этого в максимально возможной степени приблизить характеристику фильтра к идеальной характеристике полосового фильтра. Предпосылки создания изобретения Из уровня техники хорошо известно применение полосовых фильтров в различных областях и прежде всего в относящихся к электросвязи областях. Полосовой фильтр представляет собой фильтр, пропускающий поступающий на его вход сигнал, частота которого лежит в полосе, ограниченной нижней(fpi) и верхней (fps) частотами пропускания, и задерживающий все остальные частоты. Однако на практике невозможно получить подобных четких границ между полосой частот, которые фильтр должен пропускать, и полосой частот, которые он должен задерживать, и поэтому в реальности полоса пропускания фильтра ограничивается некоторой нижней частотой задерживания fri (где frifpi) и некоторой верхней частотой задерживания frs (где frsfps). Частоты входного сигнала, которые ниже частоты fri и выше частоты fps, ослабляются фильтром в степени, зависящей от особенностей его конструкции или технических характеристик. Обладающие подобными свойствами полосовые фильтры обычно выполняют из катушек индуктивности и конденсаторов. Известно, что катушки индуктивности и конденсаторы не обладают идеальными характеристиками,поскольку на них возникают определенные активные потери, которые являются причиной изменений в фазочастотной характеристике фильтра, состоящего из таких компонентов, т.е. не обеспечивают требуемой фильтрации. Отношение потерь, возникающих на соответствующем компоненте, к идеальному значению его параметра, называют добротностью Q. Чем выше добротность, тем меньше влияние активных потерь и тем больше степень, в которой характеристика фильтра в конечном итоге приближается к идеальной (фиг. 4). Максимальное расхождение между характеристиками фактического и идеального фильтров наблюдается в точках экстремума характеристики полосового фильтра (фиг. 2). При наличии таких условий фильтрация может вообще не происходить из-за ограничения добротности Q, что характерно для реальных катушек индуктивности (которые являются аналоговыми компонентами, налагающими наибольшие ограничения с учетом того факта, что конденсаторы обладают достаточно высокой добротностью Q и поэтому в большинстве случаев не вносят искажений). Как показывает опыт, для получения отвечающего необходимым требованиям полосового фильтра добротность Q используемых в нем компонентов должна в 20-25 раз превышать отношение f0/f разрабатываемого фильтра, где f0 обозначает центральную частоту фильтра, a f обозначает ширину полосы пропускания фильтра. Для высоких частот необходимо использовать компоненты с очень высоким значением добротности Q, но даже при соблюдении этого условия при переходе от полосы задерживания к полосе пропускания возникают "конфликтные ситуации". Описание изобретения Для решения описанных выше проблем в настоящем изобретении предлагается новый аналоговый полосовой фильтр, который аналогично обычным фильтрам содержит множество индуктивно-емкостных многозвенных схем лестничного типа и отличается наличием двух включенных параллельно его нагрузке резонансных контуров (индуктивно-емкостных), резонансные частоты которых совпадают с нижней и верхней частотами среза такого полосового фильтра. Предлагаемый в изобретении полосовой фильтр отличается далее наличием регулировочного резистора, что в совокупности позволяет компенсировать влияние добротности на фактические индуктивно-емкостные компоненты, используемые для реализации полосовых фильтров, и тем самым приблизить характеристику полосового фильтра к идеальной. В соответствии со сказанным выше резонансная частота одного из резонансных контуров совпадает с нижней, а резонансная частота другого резонансного контура совпадает с верхней частотой среза предлагаемого в изобретении полосового фильтра.-1 005790 Резонансные контуры, включенные в состав предлагаемого в изобретении полосового фильтра,вносят искажение в исходную характеристику фильтра, компенсирующее влияние фактических (неидеальных) компонентов. Величина такого искажения регулируется с помощью регулировочного резистора таким образом, что при ее изменении регулируется указанное влияние в точках экстремума полосы пропускания. Для увеличения или уменьшения влияния резонансных контуров на характеристику полосового фильтра параметры этого регулировочного резистора определяются экспериментальным путем. Параметры регулировочного резистора можно также рассчитывать путем моделирования. Аналогичным образом для настройки резонансной частоты каждого резонансного контура с целью достичь более гладкой конечной характеристики фильтра и приблизить ее к идеальной характеристике полосового фильтра параметры индуктивно-емкостных компонентов резонансных контуров также определяют экспериментальным путем или путем моделирования. Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые несмотря на то, что они являются неотъемлемой частью настоящего описания и формулы изобретения, носят исключительно иллюстративный и не ограничивающий объем изобретения характер. Краткое описание чертежей На прилагаемых к описанию чертежах показано: на фиг. 1 - схема обычного полосового фильтра,на фиг. 2 - фактическая характеристика обычного аналогового полосового фильтра, показанного на фиг. 1,на фиг. 3 - схема предлагаемого в изобретении аналогового полосового фильтра, выполненного по одному из вариантов, и на фиг. 4 - фактическая характеристика предлагаемого в изобретении аналогового полосового фильтра, показанного на фиг. 3. Предпочтительный вариант осуществления изобретения Ниже изобретение рассмотрено со ссылкой на указанные выше чертежи. На фиг. 1 показана схема обычного полосового фильтра, который состоит из множества индуктивно-емкостных многозвенных схем 1 лестничного типа и предусмотренных на его входе 2 сопротивлений 3 и нагрузка которого на выходе представлена в виде резистора 4 (эта нагрузка подробно не рассматривается, поскольку она является обычной). На фиг. 2 показана соответствующая характеристика описанного выше фильтра, где Т обозначает модуль отношения преобразования Лапласа выходного напряжения к преобразованию входного напряжения фильтра, т.е. где s обозначает переменную преобразования Лапласа, fpi обозначает нижнюю частоту среза полосы пропускания, fps обозначает верхнюю частоту среза полосы пропускания, fri обозначает нижнюю частоту полосы задерживания, a frs обозначает верхнюю частоту полосы задерживания (как это описано выше в разделе "Предпосылки создания изобретения"). В полосе пропускания Т имеет минимальное, а в полосе задерживания максимальное значение. Как показано на фиг. 2, верхняя часть характеристики фильтра представляет собой участок кривой,кривизна которой определяется фактическими (неидеальными) компонентами. Эта кривая настолько далека от требуемой идеальной характеристики полосового фильтра, что исключает возможность его применения в необходимых целях. Для получения идеальной характеристики, начиная с полосы задерживания фильтра, согласно настоящему изобретению параллельно нагрузке 4 фильтра включены два индуктивно-емкостных резонансных контура 5, резонансная частота одного из которых равняется fpi, а другого равняется fps. С этой целью параметры L1 и С 1 подобраны с таким расчетом, чтобы соответствующий резонансный контур резонировал на указанной выше частоте fpi. Значения этих параметров рассчитывают путем моделирования или определяют методом "проб и ошибок" до тех пор, пока фактическая характеристика не приблизится в достаточной степени к искомой идеальной характеристике, показанной на фиг. 4. Аналогичным путем подбираются и параметры L2 и С 2, чтобы соответствующий резонансный контур резонировал на частоте fps. Резонансные контуры 5 вносят искажение в исходную характеристику фильтра, благодаря чему компенсируется указанное выше влияние фактических (неидеальных) компонентов. Величина подобного искажения регулируется с помощью регулировочного резистора Rc, с увеличением сопротивления которого величина искажения уменьшается и наоборот. Параметры регулировочного резистора Rc также рассчитывают путем моделирования или определяют методом "проб и ошибок" до получения требуемой характеристики.-2 005790 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аналоговый полосовой фильтр, содержащий множество индуктивно-емкостных многозвенных схем (1) лестничного типа, характеристика которых определяется полосой пропускания (между частотами fpi и fps) и полосой задерживания (с граничными частотами fri и frs), отличающийся тем, что индуктивно-емкостные многозвенные схемы (1) лестничного типа содержат ряд включенных параллельно нагрузке фильтра резонансных контуров (5), резонансные частоты которых совпадают с нижней (fpi) и верхней(fps) частотами среза полосового фильтра, и предусмотрен также регулировочный резистор Rc, что в совокупности позволяет компенсировать влияние фактических ограничений, накладываемых индуктивноемкостными компонентами, и тем самым приблизить фактическую характеристику полосового фильтра к требуемой идеальной характеристике. 2. Аналоговый полосовой фильтр по п.1, отличающийся тем, что для настройки резонансной частоты каждого резонансного контура (5) на нижнюю (fpi) и верхнюю (fps) частоты среза полосового фильтра параметры индуктивно-емкостных компонентов резонансных контуров (5) избирательно рассчитаны путем моделирования или определены экспериментальным путем. 3. Аналоговый полосовой фильтр по п.1, отличающийся тем, что для увеличения или уменьшения влияния резонансных контуров (5) на характеристику полосового фильтра и для настройки фактической его характеристики на требуемую идеальную характеристику параметры регулировочного резистора Rc избирательно рассчитаны путем моделирования или определены экспериментальным путем.