Исследование и разработка методов расчета LC-фильтров по энергетическим и массогабаритным критериям

• Автор: Станкеев, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
МОЩНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
і. I. Энергетические функции как показатели массы, габаритов и
потерь энергии реактивных фильтров
1.2. Энергетические функции и показатели стабильности
ЕС-фильтров
1.3.Эксплуатационные характеристики конденсаторов и катушек индуктивности фильтрующих цепей мощных
радиотехнических устройств
1.4. Особенности требований к фильтрующим цепям мощных радиотехнических устройств
1.5.Характеристики и схемы ЬС-фильтров
1.6. Основные результаты
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
РЕАКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ С ВСПЛЕСКАМИ ЗАТУХАНИЯ
2.1.Основные свойства энергетических функций реактивных фильтров
2.2. Общий подход к расчету ЬС-фильтров по энергетическому критерию
и его реализация применительно к фильтрам с всплесками затухания
2.3.Сравнительный анализ энергетических функций ЕС-фильтров
с всплесками затухания
2.4. Возможности минимизации энергетических функций реактивных фильтров с аппроксимирующими функциями в виде дробей Чебышева
2.5.Основные результаты
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕАКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
С ВСПЛЕСКАМИ ЗАТУХАНИЯ И С МИНИМАЛЬНЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ И МАССОГАБАРИТНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ
3.1. Расчет оптимизированных по реактивной энергии ФНЧ
с всплесками затухания
3.2, Особенности частотных и временных характеристик оптимизированных
по реактивной энергии фильтров

3.3. Влияние потерь на характеристики ЬС-фильтров, оптимизированных.
по реактивной энергии
3.4. Применение разработанной методики для расчета фильтрующей цепи радионавигационного передатчика
3.5.Основные результаты
ГЛАВА 4 РАСЧЕТ ЬС-ФИЛЬТРОВ С МИНИМАЛЬНОЙ РЕАКТИВНОЙ
ЭНЕРГИЕЙ ДЛЯ КЛЮЧЕВЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ .... 110 4.1 .Особенности расчета реактивных фильтров для радиотехнических
устройств, работающих в ключевом режиме
4.2. Методика расчета ЬС-фильтров с минимальной реактивной энергией
для ключевых устройств
4.3. Применение разработанной методики для расчета фильтрующей цепи анодного ключевого модулятора
4.4. Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Описание программы расчета оптимизированных по реактивной
энергии и массогабаритным показателям ФИНЧ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблица параметров оптимизированных по реактивной энергии
ФПНЧ Золотарева-Кауэра
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Нормированные параметры элементов ФПНЧ на основе дробей
Чебышева, оптимизированных по реактивной энергия
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акты о внедрении
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Основным направлением в развитии современных радиотехнических устройств и систем является разработка эиерго- и ресурсосберегающих методов генерирования, усиления и фильтрации сигналов, которые обеспечивают минимизацию потерь энергии, массы, габаритов и стоимости рассматриваемых устройств по сравнению с традиционными решениями. Эго в полной мере относится к реактивным фильтрующим цепям мощных радиотехнических устройств, которые являются неотъемлемой частью последних и вносят определяющий вклад в указанные выше показатели эффективности.
Проблема снижения массогабаритных показателей ЬС-фильтров особенно остро стоит при разработке и модернизации мощных СДВ радиопередающих устройств, а также мощных вещательных радиопередатчиков, в которых используются энергетически эффективные ключевые режимы усиления и модуляции [
6]. Для фильтрующих цепей таких устройств характерны относительно малая частота среза (10-20 кГц) и большие выходные мощности, что приводит к тому, что эти цепи, рассчитанные традиционными методами, имеют довольно внушительные массу и габариты, которые могут достигать 50-70 % от общего веса и габаритов всего радиопередатчика.
Классическая теория синтеза ЬС-фильтров, сложилась в 40-е годы прошлого столетия. Основоположниками ее были В. Кауэр и С. Дарлингтон. Значительный вклад в последующее развитие теории синтеза реактивных четырехполюсников по заданным частотным характеристикам внесли отечественные ученые, среди которых необходимо отметить А. Ф. Белецкого [7, 8], А. Е. Знаменского [9],
А. А. Ланнэ [10-12], И. И. Трифонова [13], Я. А. Собенина [14].
Одним из основных направлений современного синтеза фильтрующих цепей является оптимальный синтез [7-13, 15-19]. Применительно к реактивным фильтрам наиболее развиты методы оптимального синтеза, в которых минимизируется порядок или число элементов цепи. Однако число элементов не является адекватным показателем массы и габаритов фильтра. Во многих случаях в каче-

а = lOlg jl + (10 — l)ch
2r-ArchQ + ^Arch
(2Q(,-l)Q2-Q;
q2.-q
Как показано в [7, 13], данная функция может быть представлена в следующем виде:
а = 10 ^[1 + (100,|Ла -1)сЬ2Ф(0)], (1.39)

Ф(Г2) = г ■ In

Vq

%/q2-i
■і to

1 - m

Vq2-i

(1.40)
При этом в полосе задерживания фильтра при 0>Г24 должны выполняться заданные требования к характеристике затухания, а именно:
а(П>)>а0(О), (1.41)
где а0(П) - заданная функция в общем случае в виде ступенчатой кривой.
Из (1.39)—(1.41) получим требования к функции Ф(Г2), стоящей в (1.39) под знаком гиперболического косинуса:
<£>(□)> Arch
|0°,1а„(П) _ j
іо°-,Ла-і
=Ф0(П).
(1.42)
Далее в (1.40) обозначим —~ = У> что можно рассматривать как переход
к другой шкале частот. В этой шкале частотам всплесков £2и затухания соответ-
7о2-і
ствуют коэффициенты = —— . При изменении Г2 от 1 до со переменная у
меняется от 0 до 1 и полоса задерживания ФНЧ Пк < П < <х> переходит в конеч-
ный интервал ук < у < 1, где ук -

После указанной замены из (1.42) с учетом (1.40) получим следующее неравенство: