Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.10.1973 Opis patentowy opublikowano: 30.03.1976 82994 MKP H03h7/00 Int. Cl2. H03H 7/00 CZY i£.LNIA Urzedu Pu+antatfagp Psiniil toin***!*'. i| Li Twórcywynalazku: Andrzej Stepnowski, Roman Salamon Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Gdanska, Gdansk (Polska) Selektywny filtr zaporowy ze sprzezeniem zwrotnym Przedmiotem wynalazku jest selektywny filtr zaporowy ze sprzezeniem zwrotnym.Dotychczas stosuje sie selektywne zaporowe filtry elektryczne i elektromechaniczne. Zaporowe fHtry elek¬ tryczne wykonywane sa jako uklady rezonansowe z elementów R,L,C, badz jako uklady mostkowe z elementów R,C.Zaporowe filtry elektromechaniczne wykonywane sa zazwyczaj w postaci ukladów symetrycznych z wy¬ korzystaniem srodkowoprzepustowych rezonatorów mechanicznych.Istotna wada znanych zaporowych filtrów elektrycznych polega na braku mozliwosci jednoczesnego uzys¬ kania silnego tlumienia i waskiego pasma zaporowego. Przyczyna tego sa nieuniknione straty energii w elemen¬ tach, a co za tym idzie niska dobroc obwodów, rzedu 102. Wspólna wada dotychczas stosowanych filtrów elektrycznych i elektromechanicznych jest wysoka tlumiennosc, wystepujaca w szerokim zakresie czestotliwosci poza uzytecznym pasmem zaporowym. Dalszymi ujemnymi cechami zaporowych filtrów elektromechanicznych sa: trudnosci konstrukcyjne i technologiczne w ich wykonaniu, koniecznosc uzycia dodatkowych rezonatorów i przetworników oraz brak mozliwosci regulacji tlumienia i szerokosci pasma zaporowego.Celem wynalazku jest skonstruowanie selektywnego filtru zaporowego ze sprzezeniem zwrotnym, zapew¬ niajacego usuniecie wad i niedoskonalosci dotychczas stosowanych zaporowych filtrów elektrycznych i elektro¬ mechanicznych.Cel ten zostal osiagniety przez wlaczenie elektromechanicznego filtru pasmowo-przepustowego w petle sprzezenia zwrotnego wzmacniacza szerokopasmowego. Do wyjscia wzmacniacza szeroko-pasmowego, stano¬ wiacego tor wzmocnienia, dolaczony jest poprzez wzmacniacz, elektromechaniczny filtr pasmowoprzepustowy.Wyjscie filtru polaczone jest poprzez wzmacniacz z korekcja fazy z wejsciem wzmacniacza szerokopasmowego toru wzmocnienia. Elektromechaniczny filtr pasmowoprzepustowy wraz ze wzmacniaczami, dolaczonymi do jego wejscia i wyjscia, stanowia tor ujemnego sprzezenia zwrotnego.Istotna zaleta wynalazku jest uzyskanie duzego tlumienia, rzedu 60 dB, w bardzo waskim pasmie czestotli¬ wosci, okreslonym selektywnoscia elektromechanicznego filtru pasmowoprzepustowego. Jednoczesnie w wyniku2 82994 dzialania sprzezenia zwrotnego, selektywny filtr zaporowy wedlug wynalazku zapewnia male tlumienie sygnalu na czestotliwosciach Jezacych w poblizu pasma zaporowego tak, ze poza tym pasmem charakterystyka przenosze" nia omawianego 'iitru jest praktycznie plaska. Zarówno pierwszej jak i drugiej zalety, a tym bardziej obu równo¬ czesnie, nie posiadaja dotychczas stosowane filtry zaporowe. Inne korzysci techniczne, wynikajace ze stosowania wynalazku, polegaja na mozliwosci regulacji, praktycznie w dowolnym zakresie, poziomu tlumienia w pasmie zaporowym i szerokosci tego pasma poprzez zmiane poziomu wzmocnienia w petli sprzezenia zwrotnego oraz na konstrukcyjnej i technologicznej latwosci wykonania elektromechanicznego filtru pasmowoprzepustowego.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przykladzie wykonania, pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy selektywnego filtru zaporowego ze sprzezeniem zwrotnym, a fig. 2 charakterys¬ tyke przenoszenia tego filtru.Selektywny filtr zaporowy ze sprzezeniem zwrotnym wedlug fig. 1 posiada wtórze wzmocnienia wzmac¬ niacz szerokopasmowy 1, do którego wyjscia dolaczony jest wejsciowy wzmacniacz 2 toru sprzezenia zwrotnego.Dciwyjscia wzmacniacza 2 dolaczony jest elektromechaniczny filtr pasmowoprzepustowy 3, który ma dolaczony na wyjsciu wzmacniacz z korekcja fazy 4. Wyjscie wzmacniacza z korekcja fazy 4 podlaczone jest do wejscia wzmacniacza szerokopasmowego 1./Dzialanie filtru wedlug wynalazku oparte jest na zasadzie pracy wzmacniacza z ujemnym sprzezeniem zwrotnym. Wlaczenie elektromechanicznego filtru pasmowoprzepustowego 3 w petle sprzezenia zwrotnego wzmacniacza szerokopasmowego 1 spowoduje, ze sygnal na wyjsciu selektywnego filtru ze sprzezeniem zwrot¬ nym zostanie najsilniej stlumiony w bardzo waskim pasmie przepuszczania elektromechanicznego filtru pasmo¬ woprzepustowego 3. Wielkosc tego tlumienia równa jest w decybelach sumarycznemu wzmocnieniu we wszyst¬ kich wzmacniaczach or#z tlumieniu w elektromechanicznym filtrze pasmowoprzepustowym 3 przy rozwartym wyjsciu toru sprzezenia zwrotnego. Spadek tlumienia poza pasmem przepuszczania elektromechanicznego filtru pasmowoprzepustowego 3 okreslony jest stromoscia zboczy jego charakterystyki przenoszenia az do takiej war¬ tosci odstrojenia od czestotliwosci scodkowej pasma przepuszczania tego filtru, przy której poziom sygnalu sprzezenia zwrotnego na wyjsciu wzmacniacza z korekcja fazy 4 staje sie pomijalny wzgledem sygnalu podawa¬ nego na wejscie selektywnego filtru zaporowego ze sprzezeniem zwrotnym. Dla wiekszych wartosci odstrojenia charakterystyka przenoszenia filtru wedlug wynalazku jest plaska, a jej poziom okreslony jest wzmocnieniem wzmacniacza szerokopasmowego 1 przy rozwartej petli sprzezenia zwrotnego.Do uzyskania pozadanego poziomu wzmocnienia w torze sprzezenia zwrotnego i zapewnienia wlasciwego obciazenia elektromechanicznego filtru pasmowoprzepustowego 3 sluza wzmacniacze toru sprzezenia zwrotnego.Wzmacniacz z korekcja fazy 4 zapewnia ponadto przesuniecie fazy równe 180° pomiedzy sygnalem na jego wyjsciu, a sygnalem przylozonym na wejscie selektywnego filtru zaporowego za sprzezeniem zwrotnym. W celu zapewnienia stalosci warunków pracy wzmacniaczy, znajdujacych sie w filtrze wedlug wynalazku, nalezy do jego wyjscia i wejscia dolaczyc separatory.Na fig. 2 przedstawiono przykladowo charakterystyke przenoszenia selektywnego filtru zaporowego ze sprzezeniem zwrotnym, bedacego przedmiotem wynalazku. Na osi poziomej wykresu odklada sie wartosci czestotliwosci f w hercach, w skali logarytmicznej. Na osi pionowej wykresu odklada sie wartosci wzmocnienia A w decybelach, filtru wedlug wynalazku. Poziome linie siatki wykresu poprowadzono w odstepach, odpowiada¬ jacych 10 decybelom wzmocnienia A. Odstepy miedzy liniami pionowymi siatki wykresu odpowiadaja logaryt¬ micznej zmianie czestotliwosci, w zakresie od 103 Hz do 106 Hz. Przez f0 oznaczono czestotliwosc srodkowa pasma zaporowego filtru, bedacego przedmiotem wynalazku. Szerokosc pasma zaporowego, okreslona na pozio¬ mie +3tlB wzgledem maksymalnego tlumienia, oznaczono przez Afl# natomiast Af2 oznacza szerokosc pasma zaporowego na poziomie - 3 dB wzgledem poziomu wzmocnienia poza pasmem zaporowym.W omawianym przykladzie wykonania selektywnego filtru zaporowego ze sprzezeniem zwrotnym, czesto¬ tliwosc srodkowa jego pasma zaporowego wynosi f0 = 200 kHz, a szerokosc tego pasma okreslona na poziomie +3dB wzgledem maksymalnego tlumienia wynosi Af] = 100 Hz. Maksymalne tlumienie wystepujace na czesto¬ tliwosci srodkowej elektromechanicznego filtru pasmowoprzepustowego 3 wynosi - 60 dB wzgledem poziomu wzmocnienia poza pasmem zaporowym. Szerokosc pasma zaporowego na poziomie — 3 dB wzgledem poziomu wzmocnienia poza pasmem zaporowym wynosi Af3 = 6 kHz. Poziom wzmocnienia filtru wedlug wynalazku poza pasmem zaporowym wynosi 80 dB. PL PL