Введение 1
I Проектирование фильтров 7
1.1 Общие замечания 7
1.2 Проектирование идеализированных фильтров 8
1.3 Характеристики катушек индуктивности 12
1.4 Характеристики конденсаторов 14
II Проектирование печатной платы 20
2.1 Разработка печатных плат для макетов фильтров 20
2.2 Методика настройки фильтра 29
2.3 Разработка усовершенствованного фильтра 31
Заключение
Список литературы
Купить

В настоящее время, вследствие бурного развития электронной техники, многие сферы человеческой деятельности быстро меняются. Некоторые профессии и виды работ уходят в прошлое. Другие виды деятельности приобретают новые возможности и видоизменяются (телефония, интернет, транспорт и многое другое).
Изменения наблюдаются в технике радиоприёма. В настоящее время традиционные конструкции радиоприёмников — детекторные, прямого усиления и супергетеродинные, — в KB-диапазоне почти не применяются. Их вытеснил програмно определяемый радиоприём (ПОР или SDR), когда радиосигнал полученный с антенно-фидерного тракта, непосредственно оцифровывается, а далее вся необходимая обработка сигнала осуществляется в цифровом виде с помощью микропроцессорных устройств (т.н. DDS и SDR) [1]. В УКВ- и СВЧ-диапазонах также достаточно широко применяется метод прямой оцифровки сигнала с антенны и дальнейшее прямое формирование сигнала [2], однако, коммерчески доступные в настоящее время АЦП не обеспечивают возможности приёма слабых сигналов в этих диапазонах. Вследствие этого, для профессиональной радиотехники УКВ- и СВЧ-диапазонов по настоящее время характерно достаточно широкое использование традиционных способов радиоприёма и, в частности, супергетеродинного приёмника, как наиболее совершенного из них.
Высокое качество приёма, которое позволяет получить супергетеродинный приёмник, обеспечивается тем, что усиление сигнала осуществляется на неизменной и заранее выбранной частоте/пч, называемой про-межуточной. Постоянство параметров усилителя промежуточной частотах (УПЧ), рассчитанного и сконструированного для усиления сигнала только в окрестности /пч, позволяет обеспечить большое усиление, чувствительность и избирательность радиоприёмника [3].
Особенностью и главным недостатком такого приёмника является наличие зеркального канала, который также может приниматься гетеродином (см. рис. 1). С зеркальным каналом борются на каждом этапе работы супергетеродина, во-первых, этот сигнал подавляют во входной цепи радиоприёмника; во-вторых, подавление зеркального канала осуществляется в «смесителе с подавлением зеркального канала» [4]; в-третьих, можно использовать гетеродин с двойным или тройным преобразованием частоты [5]. Эти способы позволяют существенно ослабить зеркальный канал, а так же расширить диапазон частот, в котором может работать супергетеродинный приёмник.
Все перечисленные выше методы приводят к усложнению конструкции гетеродина и не всегда приемлемы по конструктивным или габаритным соображениям. Ещё одним способом, позволяющим обеспечить подавление зеркального канала, является использование преселектора — полосового фильтра, искуственно сужающего частотную полосу принимаемых сигналов. В этом случае зеркальный канал оказывается за пределами полосы, в которой осуществляется приём. Преселекторы, как правило, конструируются в виде переключаемого набора полосовых фильтров.
В 2019 году сотрудниками лаборатории физических проблем мониторинга агросистем АлтГУ был разработан прототип пятиполосного пре-селектора ОВЧ-диапазона с полосами 50-85, 70-115, 110-150, 140-180 и 160-200 МГц, внешний вид которого приведён на рис. 2.
Особенностью ОВЧ-диапазона является то, что данные рабочие частоты достаточно высоки для того, чтобы на характеристику фильтра существенное влияние оказывали конечные размерах катушек и печатных дорожек, а также скин-эффект. С другой стороны, длины волн в этом диапазоне слишком велики, чтобы можно было использовать схемы на отрезках линий передачи. Также в ОВЧ-диапазоне малоэффективны (из-за высоких потерь) активные фильтры [6]. Поэтому преселектор был реализован в виде переключаемого набора пассивных LC-фильтров с сосредоточенными параметрами. Помимо 5 полос фильтрации, в конструкции преселектора присутствовал «сквозной» канал, в котором сигнал не подвергался никаким изменениям. Переключение каналов производилось интегральными переключателями Mini-circuits JSW6-33+ [7].
Преселектор создавался на двусторонней печатной плате, поэтому при его реализации возникла проблема нехватки места. Также предполагалось использовать корпус Schroff 30809-668, который ограничивает высоту катушек индуктивности величиной 18 мм. Вследствие этого, во-первых, для намотки катушек индуктивности использовался провод диаметром 0,4 мм, что позволило уменьшить высоту катушек индуктивности; во-вторых, в конструкции фильтра использовались не полосовые фильтры как таковые, а объединённые в пары согласованные по сопротивлениям ФВЧ и ФНЧ, поскольку полосовой эллиптический фильтр 5-го порядка требует для реализации 7 катушек индуктивности, а пара из ФВЧ и ФНЧ 5-го порядка всего 4.
Результаты измерения пропускания первого (50-85 МГц) и последнего (160-200 МГц) фильтров преселектора, а также канала, лишённого фильтрации ("байпас") представлены на рис. 3.
На представленном графике видно, что, во-первых, крутизна характеристики фильтра недостаточно велика, во-вторых, потери в полосе пропускания для фильтра 160-200 МГц превышают 3 дБ, что неприемлемо. Был сделан вывод, что принятые при проектировании описанного преселектора подходы не позволяют добиться удовлетворительных результатов и требуются радикальные изменения в проекте.
Цель работы заключается в моделировании и проектировании полосового БС-фильтра с сосредоточенными параметрами, имеющего полосу пропускания 160-200 МГц, предназначенного для использования в преселекторе ОВЧ-диапазона — 30-300 МГц. Если удастся обеспечить хорошее качество характеристики рассматриваемого фильтра, то и все прочие фильтры, входящие в преселектор, можно будет реализовать по аналогичной схеме и аналогичной элементной базе.
прототипа преселектора, разработанного в 2019 году

Купить