專利名稱：窄過渡帶濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域的一門分支——濾波器(包括電路中起選頻濾波作用的調諧回路)。
為了文字描述方便，本說明書以下提到的“濾波器”一詞，有時是指未加入陷波回路的濾波器，有時是指已加入陷波回路的濾波器，這要根據上下文字描述而定。
為了充分利用頻譜資源，要求濾波器有較窄的過渡帶。聲表面波濾波器具有很窄的過渡帶，但插損太大，只能傳輸微小的能量，設計困難，價格太貴，其優良的特性只能在中頻實現，有時還需要施以復雜的予校或網絡補償；螺旋濾波器有較窄的過渡帶，但結構復雜，制作不易，價格也不低；LC濾波器簡單易制，價格低，插損小，能傳輸較大的功率，但過渡帶一般較寬，如國營北京廣播器材廠生產的GSZ-50瓦彩色電視差轉機VHF(I)波段高頻放大器中用了41只電容及24只電感組成濾波器及放大器中的調諧回路，調整十分艱難，所取得的帶通濾波頻率特性曲線的過渡帶仍寬達3兆赫。
目前國內能見到的過渡帶最窄的LC濾波器是北京701廠教授級高級工程師曲述增設計的，已經歷六年的運用及優化改進的CATV鄰頻系統使用的電視頻道濾波器(見北京701廠1994年有關資料及1993年8月26日《北京電子報》月末版)。其技術方案是由分別裝在各自的屏蔽間隔內的2-3階帶通濾波器和4個(輸入輸出端各2個)調諧在過渡帶內的陷波回路組成，陷波頻率特性曲線位于過渡帶內，與濾波器的頻率特性曲線互相補償，獲得較窄的過渡帶。此外，在武漢天線研究所的鄰頻道濾波方案中，濾波器與陷波回路之間有放大器作隔離，但仍是利用頻率特性曲線互相補償以獲得較窄的過渡帶。
在這類公知的技術方案中，因陷波回路與濾波器均分別裝在各自的屏蔽間隔內，或有放大器在其間作隔離，所以陷波回路與濾波器沒有互感耦合，只能形成基本上呈對稱狀的陷波頻率特性曲線。即使盡量優化元件數值，提高品質因數，甚至采用螺旋諧振器結構或增加陷波回路的數量(如1995年12月17日成都出版的《電子報》介紹的一種調整十分復雜的新型12腔螺旋濾波器內有多達6個陷波吸收腔)，這種基本上呈對稱狀的陷波頻率特性曲線與濾波器頻率特性曲線互相補償后獲得的過渡帶仍不夠窄，還不能在CATV鄰頻系統中滿意地使用。
在另一類公知的技術方案中，如TDC系列UHF(IV/V)波段的1000瓦彩色電視差轉機發射混頻部分使用的，由4只同軸諧振腔構成的帶通濾波器中，第4腔也是陷波回路，且與第3腔互感耦合，但這是用來吸收本振信號泄漏的，與過渡帶的寬窄無關。而且，因受公知技術方案設計的內部結構所限，即使把第4腔的諧振頻率調整到過渡帶內，所形成的陷波頻率特性曲線也基本上呈對稱狀，因此也不能獲得很窄的過渡帶。
從以上對兩類公知技術方案的分析中可以看出，調諧在過渡帶內的陷波回路如果不與濾波器互感耦合，或以公知技術方案設計的結構方式與濾波器互感耦合，均只能形成基本上呈對稱狀的陷波頻率特性曲線，所獲得的過渡帶不夠窄。
本發明的目的是獲得一種具有較窄過渡帶，結構簡單，價格較低的濾波器(包括電路中起選頻濾波作用的調諧回路)。
本發明的技術方案是調諧在過渡帶內的陷波回路與濾波器互感耦合，調整互感耦合的相互位置、角度、距離等，使陷波頻率特性曲線呈明顯的不對稱狀，即位于高頻端的一邊較位于低頻端的一邊明顯地陡峭，或相反。當這種呈明顯的不對稱狀的陷波頻率特性曲線較陡峭的一邊位于過渡帶內時，與濾波器的頻率特性曲線互相補償，所獲得的過渡帶顯然比公知技術方案里基本上呈對稱狀的陷波頻率特性曲線與濾波器的頻率特性曲線互相補償時獲得的過渡帶更窄。因為此時陷波回路在經調整得到的一個適當位置上不單吸收能量，形成在阻帶內的較平坦的一邊，而且還傳輸一部分能量，與濾波器本身傳輸的那一部分能量在通帶邊緣互相補償，形成陡峭的過渡帶。
顯而易見，由于可以用印刷、腐蝕、光刻、蒸鍍等方法精確制作濾波器及陷波回路的電感，并保證它們之間互感耦合的相互位置、角度、距離等符合有關技術指標要求的精度，從而無需再進行調整，因此本發明的技術方案也可以不使用“調整”一詞，而表述為調諧在過渡帶內的陷波回路與濾波器互感耦合，不單吸收能量，而且還傳輸一部分能量，形成的呈明顯的不對稱狀的陷波頻率特性曲線與互感耦合的相互位置、角度、距離等有關，較陡峭的一邊位于過渡帶內。
本發明的一種實施方法是先初步調整好尚未加入陷波回路的濾波器，然后用一只大于10兆歐的電阻(或僅剩一端覆銅箔的覆銅箔板窄條)，一端與調諧在過渡帶內的陷波回路焊接或粘接，手持另一端，使陷波回路的電感以不同的角度從不同的方向進入濾波器電感間的電磁場，當觀察到掃頻儀上呈現出不對稱狀的陷波頻率特性曲線，且較陡峭的一邊位于過渡帶內時，將陷波回路用絕緣支架予以固定，再結合濾波器的各節進行聯調。批量生產時，可先將陷波回路用絕緣支架大至固定在用上述方法找到的位置上，再結合濾波器的各節進行聯調，以達到技術指標要求。
由于LC濾波器的種類很多，在實施本發明時，要注意以下幾點1、在一種濾波器中，能夠獲得呈明顯的不對稱狀的陷波頻率特性曲線的陷波回路與濾波器互感耦合的位置并不止一處，應通過試驗比較來找出效果最好，又便于安裝的一處。一般應將陷波回路置于濾波器中兩個電感間電磁場較強的部位。
2、當濾波器回路間的耦合由于陷波回路的加入而得到加強時，即陷波回路也參與傳輸一部分能量時，效果最好。因此應適當調整濾波器的耦合度及電感與電容的比值，才能得到平坦的通帶。
3、陷波回路的Q值越高，過渡帶就越窄，因此陷波回路最好采用兩端不接地，由絕緣支架支撐固定的電路形式。
4、陷波回路一端與濾渡器中某點相連，再與離此點較遠處的電感耦合時，因為傳輸了部分能量，效果也較好，見附圖2之例。
5、可以償試改變濾波器或陷波回路電感的繞向、排列、相互角度及內徑等，以改變電磁場的分布及結構，以取得較好效果。
6、如果濾波器只有一個電感，則應使陷波回路串接較大的電感或較小的電容從濾波器中某點(由試驗決定)至地同取得適當能量(靠調節串接的電感或電容)再與濾波器的電感耦合，見附圖5之例。但這樣做所用陷波回路的元件較多而效果較差，因為此時濾波器本身傳輸能量較通暢，從陷波回路傳輸的那一部分能量極微弱，只能使過渡帶的一部分變得陡直。因此，應盡量把濾波器設計成至少有兩個電感。
7、用于強烈振動環境中，或要求較小體積時，可不用絕緣支撐架，將陷波回路一端接地，另一端串接電感或電容后接于濾波器中某點，該點阻抗越高，陷波回路所串電感須越大，或所串電容須越小，以達到阻抗匹配，然后再安排陷波回路與此點所在回路以外的濾波器電感耦合，如上第4、之說明，見附圖3之例。此時陷波回路最好采用串聯諧振回路，所用元件較少。串聯諧振為低阻抗，應接于濾波器的低阻抗處，如電感抽頭處、雙電容抽頭處、T型(或稱Y型)回路的電感耦合處或電容耦合處。見附圖4之例。
陷波回路一端接地，另一端接濾波器中某點時，初次實施調整試驗時較為復雜麻煩，不如前述實施方法中例舉的兩端均不接地的陷波回路那樣便于尋找最佳位置，而要多次反復改換各元件的焊接位置才能調整陷波回路與濾波器互感耦合的相互位置、角度、距離等，找出最佳位置，使陷波回路也傳輸一部分能量，形成呈明顯的不對稱狀的陷波頻率特性曲線。
8、為了克服濾波器由于容性耦合與感性耦合的衰減特性略為有些不同至使高低兩端過渡帶也略顯不對稱的缺點，可利用陷波回路與地之間的分布電容來進行補償。如使兩端均不接地的并聯諧振陷波回路的一端經漆包線的漆皮觸地，形成極小的分布電容，可以補償濾波器感性耦合時低頻端衰減增長率比高頻端稍小引起的高低兩端過渡帶不對稱。
9、在公知技術方案中，兩個以上頻道濾波器組合安裝在一個機箱內(如多路鄰頻道濾波混合器)時，均對每個濾波器加予屏蔽，或將高低頻道濾波器岔開安裝，如按6、FM、7、2、8、4、9、3、10、1、11、5、12、或1、3、5、6、8、10、12、2、4、7、9、11頻道順序安裝，目的是防止相鄰頻道互相串擾。以本發明的技術方案，可以將頻道濾波器從低到高順序安裝，利用相鄰頻道濾波器中的諧振頻率最接近的回路作為調諧在過渡帶內的陷波回路，調整它們之間的相互位置、角度、距離等，以產生互感耦合，形成呈明顯不對稱狀的陷波頻率特性曲線，使較陡峭的一邊位于過渡帶內，這樣可以少用陷波回路，制成高性能的鄰頻濾波混合器。因此，本發明的技術方案中所述陷渡回路也包括對鄰頻道起陷波作用的濾波器中的諧振回路。
以上是使用集中參數元件時的情況，當使用分布參數元件，或以微波結構來模擬上述網絡中的元件，以提高適用頻率時，應特別注意上述第2之說明，并為陷波回路的電感單獨設置部分屏蔽以形成分布電容來構成并聯諧振(必要時可加裝加載電容)，以未屏蔽的部分與濾波器電感互感耦合。或以上述第7之說明，陷波回路采用串聯諧振形式，制作較為容易，但初次調整試驗較困難。
下面結合附圖以LC濾波器為例進一步說明本發明的技術方案。
附
圖1為一種帶通濾波器電路圖，各元件的位置以文字描述為準。L1、L2、L3、L4為直徑0.57毫米漆包線同向繞7匝，內徑約9毫米的電感線圈；1、2為距接地端約1匝的抽頭；C1、C2、C3、C4為5.1皮法高頻瓷介電容；R1、R2、R3、R4為大于10兆歐的四分之一瓦電阻，焊在L3及L4的兩端與地(“地”在圖中未畫出，為水平放置的覆銅箔板，以下同)之間作為絕緣支架使用(10兆歐電阻在這里可視為開路，代替絕緣支架使用，也可以用焊在覆銅箔板上的絕緣“島”內的粗導線代替)，故L3、C3及L4、C4為平衡結構的陷波回路；L1、C1及L2、C2為普通的互感耦合帶通濾波器(也可以是電路中起選頻作用的調諧回路)，1、2為阻抗75歐姆的輸出輸入端。L1、L2及L4為軸線水平放置；L3為軸線垂直放置(在圖中，L3未畫成軸線垂直放置，以文字描述為準)；L1與L2軸線互相平行，相距約17毫米，與地均相距約10毫米；L4軸線與L1、L2軸線垂直，與地相距約13毫米，與L1接C1，L2接地的一端相距約6毫米；L3軸線與L2接C2，L1接地的一端相距約5毫米；L3下端截面與地相距約13毫米。用掃頻儀以一般調整方法，先改變匝距，使L1、C1及L2、C2調諧在105兆赫，使L4、C4調諧在110兆赫，使L3、C3調諧在100兆赫，最后微調L4、L3的所在位置，以及L1、L2間的距離，就可獲得通帶平坦，過渡帶較窄(約1兆赫左右)的帶通濾波頻率特性曲線。若要求阻帶內無起伏或寄生通帶，可用公知的方法加裝陷波回路予以吸收。
從附圖1-5(附圖2中陷波回路LX的絕緣支架省略未畫，可參照附圖1)中可以看出，調諧在過渡帶內的陷波回路無論以何種電路形式加裝，均與濾波器互感耦合，調整陷波回路與濾波器互感耦合的相互位置、角度、距離后，可形成明顯的呈不對稱狀的陷波頻率特性曲線，當較陡峭的一邊位于過渡帶內時，就能使過渡帶變窄。
濾波器在電子設備中占據著重要的地位，是除放大器以外使用最廣泛的模擬電路部件。LC濾波器在近八十年的發展中，已形成完整的理論，成為設計其它類型濾波器的基礎，由集中參數元件發展到分布參數元件，研制出了螺旋濾波器、微波濾波器等，并已進入用電腦設計的階段。但始終未能做到以簡單的結構來獲得優良的特性，一般都是幅度響應越好，則其相位響應越差，反之亦然，因此在性能要求較高的設備中，需加裝多級有源全通型群時延校正電路，使得設備復雜化，調試困難。此外，過渡帶也不夠窄，在很多設備中不得不讓位于聲表面波濾波器，而聲表面波濾波器需要加入幾級放大電路來補償其插損，又使電路復雜化，成本上升，噪聲和失真增加。
因此，本發明的優點是1、用較少的元件，以簡單的結構，即可獲得很窄的過渡帶，當陷波回路的Q值較高時，可獲得聲表面波濾波器那樣窄的過渡帶，而又有LC濾波器簡單易制、成本低、插損小、能傳輸較大的功率等優點。
2、窄的過渡帶是以頻率補償的方式獲得的，因此相位響應良好，群時延小，在要求較高的設備中使用時也無需裝置多級有源全通型群時延校正電路。
3、對于從低頻頻段到微波頻段的多種濾波器及調諧回路，只要它們之中有電磁波或壓電材料的彈性波在傳輸能量，就可以運用本發明的技術方案，從而提高有關電子設備的性能，簡化電路，降低造價。
總之，由于濾波器的運用廣泛，所以對濾波器的顯著改進也就具有廣泛的積極效果。
權利要求
1.一種用于電子設備中的濾波裝置，由濾波器(或選頻調諧回路)和調諧在過渡帶內的陷波回路互感耦合組成，本發明的特征是經調整陷波回路與濾波器互感耦合的相互位置、角度、距離后，形成的陷波頻率特性曲線呈明顯的不對稱狀，較陡峭的一邊位于過渡帶內。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于陷波回路為兩端不接地，由絕緣支架支撐固定的電路形式。
全文摘要
屬于電子技術領域的一門分支－濾波器(包括電路中起選頻濾波作用的調諧回路)。用與濾波器互感耦合的調諧在過渡帶內的陷波回路使通帶邊緣得到補償,獲得較陡峭的過渡帶。
文檔編號H03H9/46GK1186381SQ9611068
公開日1998年7月1日 申請日期1996年7月24日 優先權日1995年12月21日
發明者李禎寧 申請人:李禎寧