Вхідний фільтр є одним з найважливіших вузлів радіоприймальних пристроїв. Як це було показано в попередніх розділах, в системах зв'язку з великим відношенням верхньої робочої частоти до нижньої робочої частоті цей фільтр повинен перебудовуватися по частоті. Перебудову по частоті можна здійснити в LC фільтрах. Чим складніший фільтр буде застосований в якості вхідного фільтра, тим вище вдасться отримати якість радіоприймального пристрою, однак при цьому виникають проблеми з одночасною зміною частоти настройки контурів, зміни їх добротності і забезпечення необхідної глибини зв'язку між цими контурами.
Найчастіше в якості смугового перебудовується фільтра застосовується система з двох зв'язаних контурів. В особливо відповідальних схемах ставиться Трьохконтурне фільтр. У цьому випадку вдається отримати достатньо крутий скат амплітудно-частотної характеристики. У ряді випадків застосовується несиметричний скат АЧХ (див. Рісунокnbsp7).
Застосування одночасно послідовного і паралельного коливальних контурів дозволяє реалізовувати різні значення вхідного і вихідного опорів. Подібний фільтр дозволяє крім ослаблення сигналів, що заважають погоджувати опори джерела сигналу і навантаження. Такий фільтр називається Г-образним. Класична схема Г-образного смугового фільтра наведена на малюнку 1.
Малюнок 1 Схема Г-образного смугового фільтра
У цьому фільтрі застосований послідовний контур L1C1 і паралельний контур L2C2. Вхідний і вихідний опір фільтра в загальному випадку може бути різним. Це може бути корисним при розробці дуплексор, але найчастіше вхідний і вихідний опір роблять рівним 50 Ом. Такий вибір дозволяє застосовувати для настройки приймача стандартні вимірювальні прилади. Розрахунок Г-образного смугового фільтра досить простий. Спочатку визначається еквівалентна добротність контурів фільтра
де f0 - середня частота діапазону;
- смуга пропускання фільтра.
Значення реактивних елементів Г-образного смугового фільтра, зображеного на малюнку 1, можна визначити за такими формулами:
Вибірковості одного Г-образного ланки фільтра може виявитися недостатньо, тоді дві ланки можна з'єднати послідовно. З'єднувати їх можна або паралельними гілками один до одного (при цьому виходить Т-образний смуговий фільтр), або послідовними (при цьому виходить П-подібний смуговий фільтр). Елементи L і C з'єднаних гілок об'єднуються.
Як приклад на малюнку 2 наведена схема П-образного смугового фільтра. Елементи L2C2 залишилися колишніми, а елементи послідовних контурів об'єдналися в індуктивність L = 2 · L і ємність C = 0,5 · C 1. При цьому, так як твір LC залишилося колишнім, то частота настройки послідовного контуру залишилася колишньою і дорівнює середній частоті фільтра .
Малюнок 2 Схема П-образного смугового фільтра
Слід зазначити, що вище приведений спрощений варіант розрахунку вхідного фільтра. Набагато кращі результати дають стандартні методи розрахунку фільтрів з апроксимацією амплітудно-частотної характеристики по Чебишеву або Баттерворта. При тій же кількості реактивних елементів фільтр може забезпечити більшу крутизну схилів амплітудно-частотної характеристики.
У радіочастотних фільтрах буває зручно використовувати тільки паралельні коливальні контуру. Подібний фільтр вимагає кілька більшої кількості елементів для реалізації тієї ж АЧХ. Схема двоконтурного смугового фільтра з зовнішньої ємнісний зв'язком наведена на малюнку 3. Індуктивність і ємність контурів розраховуються за формулами (1) для L 2 і C 2, а ємність конденсатора зв'язку можна визначити за формулою C 3 = C 2 / Q.
Малюнок 3 Схема 2-х контурного смугового фільтра
Для збільшення вибірковості по дзеркальному каналу можна включити три і більше однакових контурів, зменшивши ємності конденсаторів зв'язку С3 в 1,4 рази. Подібна схема 3-х контурного смугового фільтра наведена на малюнку 4.
Малюнок 4 Схема 3-х контурного смугового фільтра
Як це вже обговорювалося при розробці структурної схеми радіоприймального пристрою, що вже смуга пропускання вхідного фільтра приймача, тим краще. Тому вхідні фільтри приймачів часто роблять перебудовувати по частоті. Зазвичай перебудова контурів фільтра по частоті здійснюється за допомогою змінної ємності. Це дозволяє збільшувати добротність контуру при збільшенні частоти настройки контуру і, тим самим, зберігати однакову смугу пропускання фільтра при перебудові по частоті.
Для того щоб переконатися, що смуга пропускання одиночного контуру зберігається постійною при перебудові по частоті за допомогою ємності, звернемося до формули визначення добротності:
Тепер висловимо добротність через ставлення реактивного і активного опору контуру:
де реактивний опір контуру визначається наступним чином:
В результаті можна зробити висновок, що добротність контуру при збільшенні його частоти настройки зменшенням ємності конденсатора буде збільшуватися пропорційно кореню з ємності.
Формула для частоти настройки контуру залежить від зміни ємності конденсатора подібним чином:
а, значить, ставлення частоти настройки контуру і добротності, що визначає його смугу пропускання, буде постійним.
В якості змінної ємності найзручніше застосовувати варікап. Один з варіантів принципової схеми вхідного перебудовується фільтра наведено на малюнку 5.
Малюнок 5 Принципова схема вхідного фільтра приймача
В даній схемі реалізований П-подібний смуговий фільтр, схема якого наведена на малюнку 2. У схемі, наведеній на рисунку 5, вхідний паралельний контур утворюється елементами L1, C1, V1, V3, вихідний паралельний контур - елементами L3, C5, V7, V8 . Послідовний контур в цій схемі реалізований елементами L2, C2, V2, V4, V5, V6. Конденсатори C1 і C6 є розв'язують конденсаторами.
У системах мобільного зв'язку, що працюють в УКХ діапазоні, ставлення верхньої робочої частоти до нижньої робочої частоті не перевищує 1.2, тому коефіцієнт перебудови, який визначається варикапами, доводиться зменшувати за допомогою додаткових конденсаторів C1, C2, C5.
Налаштування контурів в даній схемі здійснюють, подаючи керуюча напруга через резистори R1, ..., R4. Конденсатори C3 і C4 призначені для придушення наведень і перешкод в ланцюзі управління.
У системах стільникового зв'язку, відношення верхньої робочої частоти до нижньої робочої частоті не перевищує 1,04, т. Е. Ширина всього робочого діапазону частот становить всього 4% від середньої частоти діапазону. Це дозволяє відмовитися від перебудови вхідного фільтра по частоті і виконати фільтр у вигляді смугового фільтра з постійними параметрами. Для мінімізації розмірів фільтр можливо зробити по ПАР технології або реалізувати керамічний фільтр.
Як приклад подібного фільтра на малюнку 6 наведено зовнішній вигляд приймального фільтра SAFEA942MFL0F00 фірми Murata, виконаного на поверхневих акустичних хвилях.
Малюнок 6 Зовнішній вигляд приймального фільтра
Амплітудно-частотна характеристика фільтра SAFEA942MFL0F00 фірми Murata, виконаного на поверхневих акустичних хвилях, наведена на малюнку 3. Цей фільтр призначений для роботи в якості вхідного фільтра приймача мобільного апарату в системі зв'язку GSM900.
Малюнок 7 АЧХ вхідного фільтра приймача GSM900
Разом зі статтею "Вхідний фільтр приймача" читають: