Przedmiotem wynalazku jest uklad elektryczny ksztaltujacy zbocze Nyauista charakterystyki filtru, stosowany przy odbiorze sygnalów telewizyjnych z modulacja niesymetryczna, sluzacy do wytwarzania sygnalów elektrycznych posiadajacych pasmo z bo¬ czna wstega szczatkowa.Znane sa uklady elektryczne ksztaltujace zbocze Nyauista charakterystyki filtru, sluzace do ogra¬ niczania górnej bocznej wstegi przy przetwarzaniu pasma czestotliwosci, które praktycznie rozpoczy¬ na sie od czestotliwosci równej zeru, jak na przy¬ klad w pasmach wizyjnych. Znany jest uklad elek¬ tryczny sluzacy do tego celu, opisany w niemieckim opisie wylozeniowym Nr 1541660, w którym sto¬ suje sie trzy zwrotnice elektryczne. Znany jest takze sposób uzyskiwania sygnalu z czesciowym tlumieniem górnej wstegi bocznej, opisany w nie¬ mieckim opisie wylozeniowym Nr 1 902 057, wedlug którego ksztaltowanie zbocza Nyauista jest uzyski¬ wane za pomoca ukladu zlozonego z filtru srodko- woprzepustowego i srodkowozaporowego, przy czym za filtrem srodkowoprzepustowym jest wlaczony czwórnik wszechprzepustowy, a za filtrem srodko- wozaporowym jest wlaczony filtr wstegi bocznej, a wyjscia czwórnika wszechprzepustowego i filtru wstegi bocznej sa dolaczone do sumatora. Znane uklady wymagaja stosunkowo duzych nakladów technicznych i rozbudowanych ukladów.Celem wynalazku jest opracowanie prostego ukla¬ du elektrycznego, ksztaltujacego zbocze Nyauista 2 charakterystyki filtru, w którym warunek Nyauista moze byc spelniony z duza dokladnoscia, przynaj¬ mniej w zakresie zbocza charakterystyki filtru.Zadanie to rozwiazano wedlug wynalazku w ten sposób, ze opracowano uklad elektryczny ksztaltu¬ jacy zbocze Nyauista charakterystyki filtru do wy¬ twarzania sygnalów elektrycznych posiadajacych pasmo z boczna wstega szczatkowa, zawierajacy dwie jednakowe zwrotnice polaczone lancuchowo w ten sposób, ze wyjscie pierwszego filtru czescio¬ wego pierwszej zwrotnicy jest polaczone z wej¬ sciem drugiego filtru czesciowego drugiej zwrot¬ nicy. Sygnal doprowadzony na wejscie ukladu prze¬ chodzi przez dwa filtry czesciowe o takiej samej tlumiennosci. Oba pozostale filtry czesciowe zwrot¬ nic sa obciazone rezystorami o jednakowych re¬ zystancjach. Pierwszy filtr czesciowy ma charak¬ terystyke tlumienia okreslona * funkcja PNl (co), a drugi filtr czesciowy ma charakterystyke tlu¬ mienia okreslona funkcja Dj^ (w). Funkcje te sa zwiazane zaleznosciami: |DNl(o3)|2 = il+|9?Nl((o)|2 oraz |DN2(W) |2=1+| gdzie 9Ni(to) i c?N2(w) oznaczaja funkcje okresla¬ jace charakterystyki odpowiednich filtrów czescio¬ wych, które sa funkcjami wzajemnie odwracalny¬ mi, gdyz,87 815 4 \ :; |9?Ni(co)| Inne, prostsze rozwiazanie ukladu elektrycznego wedlug wynalazku ma postac czwómika reaktan- cyjnego o charakterystyce tlumienia okreslonej funkcja Db = d2N przy czym DN oznacza funkcje charakterystyki tlumienia jednego z filtrów ukladu.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia wstege boczna z czesciowym ograni¬ czeniem uzyskanym z pomoca filtru Nyquista, fig. 2 — uklad dwóch filtrów polaczonych równolegle wejsciami, fig. (3 — wykres tlumiennosci ukladu z fig. 2, fig.4 — uklad lancuchowy dwóch jedna¬ kowych zespolów, tworzacych uklad ksztaltujacy zbocze Nyauista, fig. 5 — filtr górnoprzepustowy zevZboczem Nyauista, fig, 6 — wykres symetryzo- wania funkcji charakterystycznej, fig. 7 — wykres tlumiennosci skutecznej i tlumiennosci odbiciowej górnoprzepustowego filtru Nyauista z fig. 5, dla przypadku odwracalnego wzgledem czestotliwosci i symetryzowanego, fig. 8 — wykres wzglednego uchybu Ar górnoprzepustowego filtru Nyauista z fig. 5, dla przypadku odwracalnego wzgledem czestotliwosci i symetryzowanego.Na fig. 1 jest przedstawiona wstega boczna z cze¬ sciowym ograniczeniem uzyskanym za pomoca filtru Nyauista, który przynajmniej w zakresie zbocza charakterystyki i przy oddzielnej analizie fazy musi spelniac warunek: |AB (coT — Aco) | + |AB (coT + Aco) | = 1, (1) gdzie AB jest wartoscia tlumienia skutecznego filtru Nyauista, wT — czestotliwoscia nosna a Aco = w — coT — odchyleniem od czestotliwosci nosnej.Zgodnie z równaniem (1) wymaga sie, aby war¬ tosci bezwzgledne napiec rozmieszczonych syme¬ trycznie arytmetycznie w odstepie ±Aco od cze¬ stotliwosci nosnej po przemianie uzupelnialy sie do wartosci 1. To wymaganie symetrii arytmetycz¬ nej przy filtrach z elementami skupionymi nie mo¬ ze byc dokladnie spelnione, nawet w zakresie cze¬ stotliwosci o skonczonych wartosciach, poniewaz zadane przebiegi czestotliwosci w zakresie od +oo do —oo musialyby sie powtarzac nieskonczenie cze¬ sto, co moznaby zrealizowac tylko przy nieskon¬ czenie wielkich nakladach.Za podstawe galszych rozwazan bierze sie wiec mozliwa do ziJissdiaJowania symetrie geometryczna zobrazowanjg^fifój na fig. 3: 04 to2 = coT. ft^|iblKl*lcajac odpowiednio warunek Nyauista ^^Np^ymuje sie warunek: [A^oh) |+ lA^co^/o)!)! =1 (2a) lub e^a^)+c-aB(4 M) = 1 (2b) gdzie aB(co) = —ln|AB(co)|.Poniewaz w praktyce warunek Nyauista (1) musi byc spelniony tylko w zakresie zbocza pomiedzy czestotliwoscia skrajna pasma przepustowego a cze¬ stotliwoscia skrajna pasma tlumionego, symetria arytmetyczna moze byc z wystarczajaca dokladno¬ scia zastapione przez symetrie geometryczna, gdy dla zakresu zbocza postawi sie w odniesieniu do czestotliwosci nosnej coT wymaganie, by róznica pomiedzy czestotliwoscia skrajna pasma przepusto¬ wego a czestotliwoscia. skrajna pasma tlumionego byla mniejsza lub równa 30% coT. Róznica po¬ miedzy symetria geometryczna a arytmetyczna wy¬ nosi wówczas okolo 2,65%.W oparciu o fig. 2 i 3 zostanie wykazana zalez¬ nosc pomiedzy warunkiem Nyauista a wlasciwo¬ sciami transmisyjnymi ukladu.Na fig. 2 jest przedstawiony uklad dwóch filtrów polaczonych równolegle wejsciami. Dwa filtry 1 i 2 o funkcjach tlumienia DNl i DN2 dolaczone sa równolegle do rozgalezienia ukladu, to znaczy do zacisków 4 i 4'. Uklad jest zasilany ze zródla na^ piecia U0 o opornosci wewnetrznej R. Zaciski wyj¬ sciowe pierwszego filtru oznaczono 5 i 5' a zaciski wyjsciowe drugiego filtru oznaczono 10 i 10'. Oba filtry obciazone sa rezystorami R o równych war¬ tosciach.Na fig. 3 jest przedstawiony wykres tlumien¬ nosci ukladu przedstawionego na fig. 2, zgodny z funkcja aN = /n/DN/. Jak wiadomo uklad skla¬ da sie z dwóch sprezonych wzajemnie filtrów, które sa na wejsciu polaczone równolegle lub sze¬ regowo. Funkcje okreslajace charakterystyki obu filtrów sa wzgledem siebie odwracalne, w nastep¬ stwie czego wspólczynnik odbicia na zaciskach 4 i 4' rozgalezienia zwrotnicy jest dla wszystkich cze¬ stotliwosci równy zeru. Filtry 112 nie pobieraja energii i na wspólnej parze zacisków 4 i 4', zgod¬ nie z definicja, nie nastapi odbicie energii.Na fig. 3 jest widoczna symetria wzgledem cze¬ stotliwosci dla przebiegów tlumiennosci aNi(to) i aN2(to), i wówczas: a^Cto) = aNi(c47w) (3) i jest spelniony warunek Nyauista podobnie jak w równaniu (2b).Na fig. 4 jest przedstawiony uklad lancuchowy dwóch jednakowych zespolów, tworzacy uklad ksztaltujacy zbocze Nyauista. Uklad ten posiada¬ jacy dwa zespoly z wzajemnie odwracalnymi wzgledem czestotliwosci przebiegami tlumiennosci ma wlasnosci filtru Nyauista w sensie symetrii geometrycznej. Uklad z fig. 4 posiada polaczone lancuchowo dwa jednakowe uklady 3 i 3' z fig. 2, przy czym dla uproszczenia przedstawiono je w schemacie blokowym, w którym czesci ukladu od¬ powiadajace czesciom na fig. 2 oznaczono tymi samymi numerami. Na zacisku 4 z fig. 4 jest przy¬ lozone napiecie Vi9 które jest dostarczane ze zródla napiecia, na przyklad z modulatora o napieciu wyjsciowym Uo. Zaznaczony linia przerywana pierwszy uklad 3 sklada sie z filtrów 1 i 2. Po wyjscia 5 filtru 1 dolaczone Jest wejscie 6 drugiego ukladu 3', zaznaczonego równiez linia przerywa¬ na. Drugi uklad sklada sie z równolegle polaczo¬ nych filtrów Y i 2' a wyjscie 7 filtru V stanowi jednoczesnie wyjscie calego ukladu, który obciazo¬ ny jest rezystorem R. Na wejsciu 6 drugiego ukla¬ du 3' wystepuje napiecie U?, zas na wyjsciu — na¬ piecie U3. Filtry 2 i 2' sa równiez obciazone rezy- 40 4.5 50 55 605 87 815 6 storami R. Filtry lii' maja jednakowe wspól¬ czynniki tlumienia DNl, tak samo filtry Z i Z ma¬ ja jednakowe wspólczynniki tlumienia DN2: Poniewaz wspólczynnik odbicia punktu rozgale. zienia ukladu jest z definicji równy zeru, przy uzyciu oznaczen z fig. 1 i fig. 4, dla wspólczynnika tlumienia skutecznego obowiazuje zaleznosc: *2 DB(co)=D^(co) a dla tlumiennosci skutecznej zaleznosc aB(a))=2aNl(co) (4a) (4b) przy czym DNl(u)) i DN2(co) sa wspólczynnikami tlumienia napiecia wzajemnie zwiazanymi i od¬ wracalnymi wzgledem czestotliwosci filtrów ukla¬ du, aN*^) i^ tlumiennoscia filtru 1.Funkcja charakterystyczna cNv, zwiazana jest ze wspólczynnikiem tlumienia napiecia zaleznoscia: |DN^(o)p = l-h|^Nv(a)|2 (5) i musi ona spelniac warunek dla ukladów oraz warunek na odwracalnosc wzgledem czestotliwo, sci, z których wynika warunek wzajemnej odwra- calnosci dla funkcji charakterystycznych filtrów: 1 Jak mozna wykazac, równania (4a) i (6) sa nie tylko konieczne, lecz równiez wystarczajace do re¬ alizacji filtru Nyauista.Jesli wiec do w celu uzyskania filtru Nyauista uzyje sie funkcji charakterystycznej o wlasciwo¬ sciach równania (6) i wezmie sie pod uwage do¬ puszczalne w praktyce organiczne dotyczace zbo¬ cza, wówczas uklad z fig. 4 posiadajacy funkcje 2 tlumienia DB = DN bedzie dawal w sposób wymu¬ szony i niezalezny od wybranej tlumiennosci zbo¬ cze Nyauista, która spelnia warunek (1) z prak_ tycznie malym bledem. Czwórnik ten posiada w pasmie przepustowym i tlumionym dokladnie pod¬ wójna tlumiennosc skuteczna filtru ukladu z fig. 4, a wiec obok podwójnej tlumiennosci takze pod¬ wójna pulsacje. Wszystkie bieguny i miejsca ze¬ rowe funkcji tlumienia DB sa podwójne.W przypadku koniecznosci zrealizowania funkcji calkowitej skladowa funkcje, charakterystyczna |DB(a))p=r[l+|^N,(a))|2]a, mozna utworzyc jako iloraz dwóch dowolnych wie¬ lomianów z odwracalnymi nawzajem miejscami ze¬ rowymi. Takze w tym przypadku DB(w) posiada podwójnie miejsca zerowe w lewej pólplaszczyznie zespolonej plaszczyzny czestotliwosci i bieguny po¬ czwórne, co moze byc zastosowane korzystnie zwlaszcza wtedy, gdy trzeba skorygowac równiez opóznienie dla filtru Nyauista.Tlumiennosc odbiciowa ar filtru Nyauista w pa¬ smie przepustowym jest zgodnie z zaleznoscia ar(w) = ln|l/ l/a+|c?N(co)| 0) co najwyzej o In]/2 Np. mniejsza niz modul tlu¬ miennosci charakterystycznej In | dla filtru ukladu. Okreslona przez funkcje charak¬ terystyczna c?N charakterystyka czestotliwosciowa, ^ 40 jak na przyklad charakterystyka Czebyszewa, zo¬ staje utrzymana.Poziom tlumiennosci odbiciowej ar min nie moze byc wybrany dowolnie, lecz poprzez zaleznosc a«nin = °»5 abmin-^ l/2-^-abmin <8 zwiazany jest z poziomem tlumiennosci w pasmie zaporowym abmiD.Opóznienie skuteczne, które z powodu kosztownej korekcji odgrywa wazna role, jest okreslona przez zadana tlumiennosc skuteczna, poniewaz uklad jest minimalnofazowy.Ponizej wyjasnione jeszcze projektowanie dla okreslenia funkcji charakterystycznej Nyauista na podstawie funkcji filtru górnoprze- pustowego.Projektowanie rozpoczyna sie od wyboru wza¬ jemnie odwracalnej funkcji charakterystycznej zgodnie z równaniem (6), która spelnia polowe wymagan na tlumiennosc w pasmie zaporowym, wzglednie wymagania na tlumiennosc odbic wedlug równania (8). Unormowane wartosci Qv = ci)v/coT biegunów tlumiennosci mozna wziac, na przyklad, przy tlumiennosci pasma przepustowego i tlumie- nia o charakterystyce Czebyszewa, z kazdego ze znanych katalogów/ filtrów dolnoprzepustowych, które, jesli to nie jest zrobione, nalezy unormowac wzgledem srodka geometrycznego pomiedzy granica pasma przepustowego i tlumienia. Przy dostosowa- niu do filtrów górnoprzepustowych ze zwyklym biegunem przy fi = 0, funkcja c?N ma zgodnie z równaniem (6) postac 1 n (p2fi^ +1) p v = i (p2+flM przy czym p = jQi (P + r) DN(p) = n (p2 +pMv + Nv) v = l (P2 + O2oov) (10) której miejsca zerowe, przy dokladnej odwracalno- sci wzajemnej (pN leza na obwodzie jednostkowym, gdzie wszystkie Nv = r = 1. Filtr Nyauista posia. da funkcje tlumienia DB(p) = DjJ(p). Funkcja cha- 45 rakterystyczna ukladu lancuchowego okreslona jest przez równanie: Dn (P)Dn (—P)—1 =; PN(P)PN(^)0N(P)0N(^P) Funkcja charakterystyczna jest iloczynem poprzed- 50 niej funkcji cN(p) wedlug równania (9) i nowej funkcji $N(p) tego samego stopnia. Niecelowe by¬ loby wyznaczenie etapie, gdyz jest to skomplikowane, poniewaz rów¬ nanie to posiada równanie wyjsciowe 4-go stopnia 55 i oprócz tego podwójne miejsca zerowe na *si uro¬ jonej, w zwiazku z czym niemozliwe jest dokladne wyznaczenie ta droga szukanej funkcji. Bardziej celowe i dokladniejsze jest potraktowanie formal¬ ne równan okreslajacych proste zaleznosci DN 60 i $N i okreslenie stad oddzielnie $N.Funkcja charakterystyczna filtru Nyauista guny, zawiera wszystkie miejsca zerowe dwójne, zas wszystkie miejsca zerowe $N(p), tylko 65 rzeczywiste. Miejsca zerowe iloczynu funkcji 7 nie moga lezec na osi jQ. Funkcja charaktery¬ styczna c?N$9? ma wiec postac K|/2(p + a) * P = P v = l p2 +Q v) (p2 + pmv + nv) ¦— (12) (p2 + Q2oov)2 Obliczenia elementów ukladu mozna wiec dokonac w oparciu o reguly teorii obwodów.Za pomoca opisanej powyzej metody mozna uklad pokazany na fig. 4 przeksztalcic w czwórnik reaktancyjny, który ma funkcje tlumienia skutecz¬ nego DB = D^, przy czym DN oznacza funkcje tlu¬ mienia jednego z filtrów 1 lub Z ukladu 3 wzgled¬ nie 3'. Tego rodzaju przyklad pokazano na fig. 5 w postaci filtru gornoprzepustowego Nyauista, któ¬ rego zaciski wejsciowe — analogicznie do przy¬ kladu na fig. 4 — oznaczono 4 i 4', a zaciski wyj¬ sciowe 7 i 7'. Okazuje" sie wiec, ze charakterystyka transmisyjna przedstawionego na fig. 5 czwórnika reaktancyjnego dokladnie zastepuje charakterysty¬ ke transmisyjna pokazanego na fig. 4 ukladu lan¬ cuchowego. Filtr górnoprzepusljowy zbudowany jest jako uklad drabinkowy, w którego galezie poprze¬ czne wlaczone sa szeregowo obwody rezonansowe z cewek L* do L$ i kondensatorów CA do C6. W zamykajacej galezi poprzecznej przewidziana jest jeszcze cewka L7. W poszczególnych galeziach wzdluznych widac wlaczone kolejno kondensatory sprzegajace C7 do C^.Za podstawe przy projektowaniu badanego nizej przykladu przyjeto nastepujace wymagania: pasmo tlumieniowe f = 0-5- 0,862 MHz, aB ^ 9 Np pasmo przepustowe f —1,162^2,032 MHz, ar3,5Np czestotliwosc nosna fT = 1,012 MHZ, zakres zbocza Nyauista 2Af = 300 KHz Ze wzgledu na zaleznosc DB = D^, g?N musi spelniac polowe wymagan na pasmo tlumienia.Wszystkie miejsca zerowe funkcji charakterystycz¬ nej 0N leza dowolnie w lewej plaszczyznie p. Re¬ dukcja reaktancji pierwotnej rezystancji wejscio¬ wej w stanie jalowym Z^ ciagiem przebiegów fiooi, Qoofe Qoo3, Qoc3, Qoo2, Qooi, 0,0 dostarcza ukladu pokazanego na rys. 5 z wartosciami elemen¬ tów L*,..., L7«9,..., 55 \iK i Ci,..., C13«2,..., 14 nF Miara dokladnosci zbocza Nyauista jest wzgled¬ ny uchyb Ar. Analiza wykazuje, ze w przypadku odwracalnosci wzgledem czestotliwosci Ar — od- wracalnosc wzgledem czestotliwosci w zakresie zbocza 0,862 — 1,162 MHz jest mniejsza niz 1%.Na fig. 7 i 8 jest przedstawiona tlumiennosc sku¬ teczna a^ (odwracalnosc wzgledem czestotliwosci), tlumiennosc odbic ar (odwracalnosc wzgledem cze¬ stotliwosci) i wzgledny uchyb Ar (odwracalnosc wzgledem czestotliwosci) w funkcji czestotliwosci w zakresie zbocza.Jesli zgodnie z fig. 6, która przedstawia logarytm modulu funkcji charakterystycznej jnk?N| w funk¬ cji czestotliwosci unormowanej Q, dokona sie sy- metryzacji charakterystycznej funkcji wyjsciowej 8 9?n(p) — wówczas uchyb wzgledny Ar mozna zmniejszyc do wartosci mniejszej lub równej 0,5%.Dla przeprowadzenia symetryzacji przesuwa sie funkcje przesuniecie czestotliwosci wynosi Af, a przesunie¬ cie wartosci ln(c?N) wynosi Aln (g?N). Przesuniecie funkcji w stosunku do czestotliwosci nosnej jest dokonywane w ten sposób, ze nosna lezy w srod¬ ku asymetrycznym pomiedzy granicami pasm prze- pustowego i tlumienia, a jednoczesnie stala K funk¬ cji 9N(p) nalezy tak zmienic, aby ln(c?N) przy czestotliwosci nosnej byl znowu równy zeru.W przykladzie z fig. 5 przesuniecie czestotliwo, sci wynosi Af = 10 KHz i zmieniona stala jest K = K.e0'23.Fig. 7 przedstawia wykres tlumiennosci skutecz¬ nej aB i tlumiennosci odbiciowej ar gornoprzepu¬ stowego filtru Nyauista z fig. 5, dla przypadku odwracalnego wzgledem czestotliwosci i symetryzo- wanego. Przesuniecie wykresu tlumiennosci skutecz¬ nej aB oznaczono przerywana linia, która obrazuje tlumiennosc skuteczna aB(sym) przy zastosowaniu symetryzacji, a przesuniecie wykresu tlumiennosci odbiciowej ar oznaczono równiez przerywana linia, która obrazuje tlumiennosc odbiciowa ar(sym) przy zastosowaniu symetryzacji. Na fig. 5 sa oznaczane przyjete wartosci pasma tlumienia fs = 0—0,862 MHz, pasma przepustowego fd = 1,162—2,032 MHz i czestotliwosc nosna fT = 1,012 MHz.Fig. 8 przedstawia wykres wzglednego uchybu Ar gornoprzepustowego filtru Nyauista z fig. 5, dla przypadku odwracalnego wzgledem czestotli¬ wosci i symetrycznego. Dzieki zastosowaniu syme¬ tryzacji wykres Ar przesuwa sie w polozenie Ar(sym), w którym wartosci wzglednego uchybu sa mniejsze lub równe 0,5%.Znieksztalcenia uwarunkowane stratami, które przy duzym wzglednym odstepie miedzypasmowym sa male, rzedu 0,08 Np. mozna latwo i dokladnie 40 skorygowac za pomoca korektora tlumiennosci, co w przeciwienstwie do uwzglednienia strat przez korekcje wstepna ma te zalete, ze nie pogarsza tlumiennosci odbiciowej, jednakze wymaga dodat¬ kowych kosztów. Korektor tego rodzaju moze tez 45 byc potrzebny do dokladnej regulacji zbocza.Przedstawione powyzej metody realizacji filtrów Nyauista prowadza bezposrednio, a wiec bez apro¬ ksymacji krzywych, do praktycznie wystarczajaco dokladnego wyniku i dostarczaja filtru, dla któ- 50 rego wszystkie bieguny i miejsca zerowe funkcji tlumienia sa podwójne.Jesli w specjalnych przypadkach dokladnosc osia¬ gana bez stosowania metody aproksymacji nie wy¬ starcza, mozna zmniejszyc uchyb Ar za pomoca 55 metody aproksymacji o malej liczbie kroków ite¬ racji do wartosci mniejszej niz 1%. Mozna wpraw¬ dzie przy uzyciu metody aproksymacyjnej, bez zna¬ jomosci powyzej opisanych zaleznosci, aproksymo_ wac zbocze Nyauista w filtrach, które posiadaja 60 tylko zwykle miejsca zamkniete. We wszystkich przeprowadzonych próbach aproksymacji, w któ¬ rych jako przyblizenie wyjsciowe zastosowano filtr o parametrach Cauera, mozna jednak bylo uzy¬ skac przy duzej liczbie kroków iteracji dokladnosc 65 aproksymacji tylko okolo 1%.87 815 PL PL PL