RU209339U1

RU209339U1 - Harmonic Filtering Device

Info

Publication number: RU209339U1
Application number: RU2021120601U
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Аралов; Александр Владимирович Шунулин
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2022-03-15

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиосвязи, в частности в усилителях мощности широкодиапазонных радиопередающих устройств. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот за счет трансформации входного сопротивления фильтра гармоник, что согласно формуле Фано расширяет возможности широкополосного согласования. Для этого в устройство, содержащее полосовую согласующую цепь (1) и фильтр гармоник (3), выход которого является выходом устройства, а вход полосовой согласующей цепи (1) - входом устройства, между выходом полосовой согласующей цепи (1) и входом фильтра гармоник (3) включен широкополосный высокочастотный трансформатор (2), выполненный на ферритовых сердечниках отрезками линии передачи. 2 ил.The utility model relates to radio engineering and can be used in radio communications, in particular in power amplifiers of wide-range radio transmitters. EFFECT: expansion of the operating frequency range due to the transformation of the input impedance of the harmonic filter, which, according to the Fano formula, expands the possibilities of broadband matching. To do this, in a device containing a bandpass matching circuit (1) and a harmonic filter (3), the output of which is the output of the device, and the input of the bandpass matching circuit (1) is the input of the device, between the output of the bandpass matching circuit (1) and the input of the harmonic filter ( 3) a broadband high-frequency transformer (2) is turned on, made on ferrite cores by segments of the transmission line. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиосвязи, в частности в усилителях мощности широкодиапазонных радиопередающих устройств.The utility model relates to radio engineering and can be used in radio communications, in particular in power amplifiers of wide-range radio transmitters.

Одной из специфических особенностей таких усилителей является то, что на их выходе, кроме сигнала основной частоты, присутствуют сигналы на частотах гармоники основной частоты, являющиеся источником паразитного излучения. Для ослабления этого паразитного излучения на выходе широкополосных усилителей включают переключаемые фильтры гармоник [Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990, патенты RU 2713867, H03H 7/09 «Фильтр гармоник портативного радиопередатчика», RU 2157585, H03F 3/26 «Высокочастотный широкополосный двухтактный усилитель мощности].One of the specific features of such amplifiers is that at their output, in addition to the signal of the fundamental frequency, there are signals at harmonic frequencies of the fundamental frequency, which are a source of spurious radiation. To attenuate this spurious radiation at the output of broadband amplifiers, switchable harmonic filters are included [Ed. with him. - M.: 1990, patents RU 2713867, H03H 7/09 "Portable radio transmitter harmonic filter", RU 2157585, H03F 3/26 "High-frequency broadband push-pull power amplifier].

Нормированные значения для определения величины емкости конденсатора и величины индуктивности катушки в зависимости частоты среза фильтров Чебышева, Баттерворта и Кауэра приведены в различных справочниках [Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: Пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1983. - 752 с., Г.Е Ханзел. Справочник по расчету фильтров. Пер. с англ. - Москва. - Сов. Радио. 1974. - 288 с.,].The normalized values for determining the value of the capacitance of the capacitor and the value of the inductance of the coil depending on the cutoff frequency of the Chebyshev, Butterworth and Cauer filters are given in various reference books [Saal R. Handbook for calculating filters: Per. with him. - M.: Radio and communication, 1983. - 752 p., G.E Hansel. Handbook for the calculation of filters. Per. from English. - Moscow. - Owls. Radio. 1974. - 288 p.,].

Фильтры гармоник усилителей мощности имеют, как правило, входные и выходные импедансы, равные 50 Ом, что позволяет при их настройке и проверке использовать стандартные измерительные приборы.Power amplifier harmonic filters typically have input and output impedances of 50 ohms, which makes it possible to use standard measuring instruments when tuning and testing them.

Фильтры гармоник Кауэра обеспечивает быстрое увеличение затухания сразу же за частотой среза и поэтому, получили наибольшее распространение при проектировании усилителей мощности. Амплитудно-частотная характеристика этих фильтров в полосе пропускания носит колебательный характер. При этом неравномерность затухания в полосе пропускания однозначно связана с максимальным коэффициентом отражения и коэффициентом стоячей волны (КСВ) входа фильтра. Так, при неравномерности затухания в полосе задержания 15% КСВ составляет 1,353 [Г.Е Ханзел. Справочник по расчету фильтров. Пер. с англ. - Москва. - Сов. Радио. 1974. - 288 с.].Cauer harmonic filters provide a rapid increase in attenuation just beyond the cutoff frequency and are therefore most commonly used in power amplifier design. The frequency response of these filters in the passband is oscillatory. In this case, the attenuation unevenness in the passband is uniquely related to the maximum reflection coefficient and the standing wave ratio (SWR) of the filter input. So, with attenuation unevenness in the stopband of 15%, the SWR is 1.353 [GE Hansel. Handbook for the calculation of filters. Per. from English. - Moscow. - Owls. Radio. 1974. - 288 p.].

В результате неоднородности стыка "выход усилителя мощности" - "вход фильтра гармоник" часть полезной мощности отражается от него, возвращаясь в усилитель, снижая при этом мощность выходного сигнала передатчика.As a result of the inhomogeneity of the "power amplifier output" - "harmonic filter input" junction, part of the useful power is reflected from it, returning to the amplifier, while reducing the power of the transmitter output signal.

Увеличить мощность выходного сигнала передатчика возможно при использовании искусственной длинной линии, вход которой соединен с входной клеммой фильтра, а ее выход - с входом этого фильтра [патент RU 60817 «Полосовой согласующий фильтр»].It is possible to increase the power of the transmitter output signal by using an artificial long line, the input of which is connected to the input terminal of the filter, and its output to the input of this filter [patent RU 60817 "Band-pass matching filter"].

Полосовой согласующий фильтр работает следующим образом. Высокочастотный сигнал от усилителя мощности проходит по искусственной длинной линии, величина углового сдвига которой выбрана из условия, определенного в Муравченко В.Л. Возможности фазовой подстройки корабельных широкополосных радиопередатчиков. Судостроение №4, 2005, обеспечивающего синфазное сложение падающих и переотраженных от выхода усилителя мощности волн высокочастотной энергии на выходе устройства. В результате выходная мощность радиопередатчика увеличивается.Bandpass matching filter works as follows. The high-frequency signal from the power amplifier passes along an artificial long line, the value of the angular shift of which is selected from the condition determined in Muravchenko V.L. Possibilities of phase adjustment of ship broadband radio transmitters. Shipbuilding No. 4, 2005, which provides in-phase summation of incident and re-reflected from the output of the power amplifier of high-frequency energy waves at the output of the device. As a result, the output power of the radio transmitter is increased.

Недостатком известного устройства является узкий диапазон рабочих частот.The disadvantage of the known device is the narrow range of operating frequencies.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является фильтр гармоник (патент RU 58820, H03 7/07), принятый за прототип.The closest analogue in technical essence to the proposed one is a harmonic filter (patent RU 58820, H03 7/07), taken as a prototype.

Структурная схема устройства-прототипа изображена на фиг. 1, где обозначеноThe block diagram of the prototype device is shown in Fig. 1 where indicated

1 - полосовая согласующая цепь;1 - band matching circuit;

3 - фильтр гармоник.3 - harmonic filter.

Фильтр-прототип содержит последовательно соединенные полосовую согласующую цепь 1 и фильтр гармоник 3.The prototype filter contains a band-pass matching circuit 1 and a harmonic filter 3 connected in series.

Полосовая согласующая цепь 1, учитывает неравномерность выходного сопротивления широкополосного усилителя и, тем самым, улучшает согласование элементов передающего тракта, что позволяет повысить мощность в нагрузке радиопередатчика.Bandpass matching circuit 1 takes into account the unevenness of the output impedance of the broadband amplifier and, thereby, improves the matching of the elements of the transmission path, which makes it possible to increase the power in the load of the radio transmitter.

Работа устройства-прототипа осуществляется следующим образом. Высокочастотный сигнал от усилителя мощности проходит на вход фильтра гармоник 3 через полосовую трансформирующую цепь 1, которая выполняет функцию согласования и построена, например, в виде LC-цепи лестничного типа, формирующую Чебышевскую (равноволновую) частотную характеристику мощности.The operation of the prototype device is as follows. The high-frequency signal from the power amplifier passes to the input of the harmonic filter 3 through a band-pass transforming circuit 1, which performs the function of matching and is built, for example, in the form of an LC ladder-type circuit that forms the Chebyshev (equivalent) frequency response of the power.

Однако устройство-прототип обладает недостаточно широким диапазоном рабочих частот.However, the prototype device has an insufficiently wide operating frequency range.

Объясняется это тем, что для пассивных согласующих цепей без потерь имеются фундаментальные ограничения широкополосного согласования, установленные Фано [Фано Р. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов/ Перевод с англ. под ред. Г.И. Слободенюка. - М.: Советское радио, - 1965].This is explained by the fact that for lossless passive matching circuits there are fundamental limitations of broadband matching established by Fano [Fano R. Theoretical limits of the arbitrary impedance matching band/ Translated from English. ed. G.I. Slobodenyuk. - M.: Soviet radio, - 1965].

Эти ограничения определяются следующим выражениемThese restrictions are defined by the following expression

где Δf - максимальная полоса согласования, Гц;where Δf is the maximum matching bandwidth, Hz;

С - выходная емкость транзистора, пФ;C is the output capacitance of the transistor, pF;

R - входное сопротивление фильтра гармоник, О;R is the input impedance of the harmonic filter, O;

Г - коэффициент отражения от входа фильтра.Г - coefficient of reflection from the input of the filter.

Из выражения (1) видно, что 50-ное входное сопротивление фильтра гармоник ограничивает широкополосность устройства.It can be seen from expression (1) that the 50th input impedance of the harmonic filter limits the device's bandwidth.

Задача предлагаемого технического решения - расширение диапазона рабочих частот. The task of the proposed technical solution is to expand the operating frequency range.

Для решения поставленной задачи в устройство фильтрации гармоник, содержащее полосовую согласующую цепь и фильтр гармоник, выход которого является выходом устройства, а вход полосовой согласующей цепи - входом устройства, согласно полезной модели между выходом полосовой согласующей цепи и входом фильтра гармоник включен широкополосный высокочастотный трансформатор, выполненный с возможностью понижения входного импеданса фильтра гармоник.To solve the problem, a harmonic filtering device containing a bandpass matching circuit and a harmonic filter, the output of which is the output of the device, and the input of the bandpass matching circuit is the input of the device, according to the utility model, a broadband high-frequency transformer is connected between the output of the bandpass matching circuit and the input of the harmonic filter. with the possibility of lowering the input impedance of the harmonic filter.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначеноIn FIG. 2 shows a diagram of the proposed device, where it is indicated

2 - широкополосный высокочастотный трансформатор;2 - broadband high-frequency transformer;

3 - фильтр гармоник.3 - harmonic filter.

Предлагаемое устройство содержит полосовую согласующую цепь 1, вход которой является входом устройства, широкополосный высокочастотный трансформатор 2, вход которого подключен к выходу полосовой согласующей цепи 1, а выход - ко входу фильтра гармоник 3, выход которого является выходом устройства.The proposed device contains a bandpass matching circuit 1, the input of which is the input of the device, a broadband high-frequency transformer 2, the input of which is connected to the output of the bandpass matching circuit 1, and the output is connected to the input of the harmonic filter 3, the output of which is the output of the device.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.The proposed device works as follows.

Высокочастотный сигнал от усилителя мощности (на фигуре не показан) проходит на вход фильтра гармоник 3 через полосовую согласующую цепь 1, которая выполняет функцию согласования и построена, например, в виде LC-цепи лестничного типа. Однако, нагрузкой этой цепи является входной импеданс широкополосного высокочастотного трансформатора 2, который в разы меньше входного сопротивления фильтра гармоник 3. Поэтому согласующая цепь 1 в этом случае может быть настроена в гораздо более широком диапазоне рабочих частот, что и является достигаемым техническим результатом.The high-frequency signal from the power amplifier (not shown in the figure) passes to the input of the harmonic filter 3 through the bandpass matching circuit 1, which performs the matching function and is built, for example, in the form of an LC ladder circuit. However, the load of this circuit is the input impedance of the broadband high-frequency transformer 2, which is several times less than the input resistance of the harmonic filter 3. Therefore, the matching circuit 1 in this case can be tuned in a much wider range of operating frequencies, which is the achievable technical result.

При этом в качестве широкополосного высокочастотного трансформатора может быть использован трансформатор, выполненный на ферритовых сердечниках отрезками линии передачи, имеющий коэффициент трансформации 2 или 4, или 9.In this case, as a broadband high-frequency transformer, a transformer made on ferrite cores with segments of a transmission line, having a transformation ratio of 2 or 4, or 9, can be used.

Устройство расположено на печатной плате усилителя мощности.The device is located on the printed circuit board of the power amplifier.

Claims

Harmonic filtering device containing a bandpass matching circuit and a harmonic filter, the output of which is the output of the device, and the input of the bandpass matching circuit is the input of the device, characterized in that a broadband high-frequency transformer is connected between the output of the bandpass matching circuit and the input of the harmonic filter, made on ferrite cores by segments transmission line, having a resistance transformation ratio of 2, or 4, or 9.