частот. В приемных устройствах - в качестве преселекторов, ос лабляющих вне основного канала приема уровни помех, поступаю щих от антенны (рис. 4.18).
Методы фильтрации находят применение также при ослаб лении кондуктивных помех, создаваемых источниками в целях элек
тропитания и управления в различных электронных устройствах для снижения восприимчивости их к НЭМП по цепям электропи тания и т.д.
Рис 4 18 Схема ослабления помех, создаваемых источником или действующих на рецептор.
/- фильтр в фидерном тракте. 2 - фильтр в цепи высокочастотного сигнала, 3 - сетевой развязывающий фильтр. 4 - поглощающий фильтр в виде
ферритового кольца для ослабления высокочастотных кондуктивных помех
В зависимости от конкретных условий используемые фильт ры могут иметь частотные характеристики фильтров нижних час тот, полосовых или режекторных. По принципу7 действия эти филь тры могут быть как реактивными, составленными из частотно-из
бирательных элементов с малыми потерями, так и поглощающего типа, принципиально содержащими в своем составе элементы с диссипативными свойствами. Применяемые фильтры отличаются
по целевому использованию либо как элемент устройства, уча
226
ствующий в выполнении основных функций (например, фильтры
в составе радиоприемника) либо как элемент, предназначенный только для ослабления помех и не участвующий непосредствен но в реализации функциональных показателей (например, филь тры в целях электропитания радиоприемников и радиопередат чиков). Наконец используемые фильтры различаются по диапа
зону частот и величине пропускаемой мощности. Значительное разнообразие используемых фильтров не позволяет рассмотреть различные их варианты в рамках данного пособия. Для получе
ния более подробной информации читателю следует обратить ся к специальной литературе.
Необходимо отметить два важных свойства частотно-изби рательных цепей любого типа. Во-первых, это принципиальная не
возможность создания полосового или режекторного фильтра, об
ладающего идеальной прямоугольной характеристикой”. Теорешчески к идеальному фильтру можно приближаться со сколь угодно высокой степенью точности. Однако повышение «качества» филь трации при конечной добротности звеньев фильтра будет неизбеж
но сопровождаться снижением коэффициента передачи в полосе прозрачности, что ставит практический предел достижимому уров ню ослабления вне полосы пропускания. Во-вторых, любые реаль ные фильтры, составленные из реактивных элементов, в большей или меньшей степени обладают паразитными полосами пропуска ния на частотах, значительно отстоящих от основной полосы про пускания. Причины, приводящие к отмеченному эффекту, различ ны в зависимости от типа фильтра, его конструкции и диапазона рабочих частот.
Таким образом, существует ряд причин, затрудняющих на практике достижение требуемой частотной избирательности. Сле дует различать частотно-избирательные свойства в ближайшей окрестности основной полосы частот и при значительных частот ных расстройках. В окрестности основной полосы частот возмож ности частотной фильтрации ограничены лишь конечной доброт-
’ Напомним, что фильтру с идеальной прямоугольной характеристикой должна соответствовать бесконечная задержка сигнала (а также ФНЧ с АЧХ в виде идеальной «ступеньки»).
227
ностью элементов фильтров, что определяет технически реализуе мый предел избирательности.
На частотах, значительно отстоящих от основной полосы,
недостаточное ослабление помех связано, главным образом, с на личием паразитных полос пропускания. Рассмотрим кратко при чины их появления.
1.Фильтры на сосредоточенных элементах вне основной по лосы пропускания имеют многоэкстремальную частотную харак
теристику с глубокими провалами и выбросами из-за влияния па разитных емкостей и индуктивностей (рис. 4.19, а), что может слу жить, в частности, причиной ухудшения избирательности радио приемного устройства.
2.Фильтры на элементах линий передачи Т-волн с колеба тельными системами в виде отрезков линий длиной в четверть или половину длины волн могут иметь паразитные полосы прозрач ности на частотах, 2/0, 4/0.. или 3/0, 5/0.. (рис. 4.19. б).
3.Фильтры волноводного типа, состоящие из отрезков ли
ний или связанных объемных резонаторов, помимо отмеченных полос, могут иметь паразитные полосы пропускания вследствие резонансов на других собственных типах волн или собственных колебаний объемных резонаторов (рис. 4.19, в).
4.Образование паразитных полос пропускания трактов мо
жет быть связано с эффектами «паразитного» согласования, в час тности, фидеров радиопередатчиков или радиоприемников с со ответствующими антеннами. Входное сопротивление антенны Zt
не равно волновому сопротивлению линии передачи и имеет, как правило, выраженную зависимость от частоты Z) - Zr,(f). Вслед ствие рассогласования энергия нежелательных колебаний источ ника лишь частично передается в антенну (или от антенны), что является положительным фактором, так как ведет к уменьшению нежелательных электромагнитных связей источника и рецептора помех. Поскольку трансформация сопротивления нагрузки лини
ей передачи с неравным ему волновым сопротивлением зависит от частоты, найдутся такие частоты, для которых условие согласова ния будет частично выполняться. На этих частотах будет происхо дить повышенная отдача нежелательной мощности в нагрузку, что соответствует появлению паразитной полосы пропускания.
228
Рис 4 19 Фильтры различных типов и зависимость ослабления от частоты
а- сосредоточенные элементы, б - резонансные отрезки линий передачи
сТ-волнами, в - объемный резонатор
5.Особенности многоволнового распространения колебаний
вфидерах также могут значительно влиять на их частотные свой
ства. На частотах гармоник в различных волноводах становится возможным распространение более одного типа волн, которые име
ют структуру электромагнитного поля и скорость распространения, отличающиеся от волн основного типа. Передача энергии в нагруз ку осуществляется не единственной волной, а несколькими. Вслед
ствие интерференции этих волн в нагрузке появляется дополнитель ная частотная зависимость коэффициента передачи фидера.
229
Не менее важно то, что любые нерегулярности в фидере по-разному влияют на распространение волн разных типов. Экви
валентная схема фидера для каждого типа волны оказывается своей и, следовательно, обладает отличающимся коэффициентом переда
чи, который в целом определяется результатом суммирования по
отдельным типам волн. Поэтому при многоволновом распростра нении колебаний его частотная характеристика может существенно отличаться от частотной в случае существования единственного типа волны, в том числе иметь паразитные полосы пропускания.
Кроме того, необходимо помнить, что появление волн выс
ших типов и взаимное преобразование их происходит при всяком изменении поперечного сечения волновода или нарушении прямо линейности линии передачи. Поэтому включение любых элемен
тов в линию передачи, неизбежное наличие поворотов, изгибов,
скруток и другое вызывает возбуждение волн высших типов и их взаимное преобразование. На частотах гармоник в линиях пере дачи возможно существование волн десятков типов. Их количе ственный состав может значительно меняться в зависимости от
состава и конфигурации фидера и в большинстве реальных случа ев трудно предсказуем. Более того, количественный состав типов
волн может значительно меняться от образца к образцу даже в однотипных устройствах, когда их характеристики в основной полосе отличаются несущественно.
6. В фильтрах поглощающего типа эффект образования пара зитных полос пропускания обычно имеет менее выраженный харак тер (по крайней мере, они проявляются при значительно больших отстройках от частот в полосе пропускания). Однако частотная из бирательность их вблизи полосы пропускания и кпд (потери в по лосе пропускания) обычно значительно уступают фильтрам, выпол ненным на основе реактивных элементов. Тем не менее, фильтры поглощающего типа часто находят изменение в радиопередатчиках
СВЧ для подавления излучения на гармониках, в некоторых элект ронных устройствах для ослабления кондуктивных помех и др.
Вопросам построения и применения фильтров различных типов посвящена обширная литература, в том числе отражающая специ фику применения фильтров в задачах обеспечения ЭМС [7,11,1-Т]. Становимся на одной только разновидности фильтров, весьма эф
230