[go: up one dir, main page]

RU2546542C1 - Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna - Google Patents

Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2546542C1
RU2546542C1 RU2013144620/08A RU2013144620A RU2546542C1 RU 2546542 C1 RU2546542 C1 RU 2546542C1 RU 2013144620/08 A RU2013144620/08 A RU 2013144620/08A RU 2013144620 A RU2013144620 A RU 2013144620A RU 2546542 C1 RU2546542 C1 RU 2546542C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferrite
preselector
controlled
coils
output
Prior art date
Application number
RU2013144620/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013144620A (en
Inventor
Виталий Анатольевич Седов
Эдуард Михайлович Каган
Павел Александрович Шилов
Сергей Сергеевич Кутикин
Виктор Демьянович Горегляд
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Алсет Веллен"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Алсет Веллен" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Алсет Веллен"
Priority to RU2013144620/08A priority Critical patent/RU2546542C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2013144620A publication Critical patent/RU2013144620A/en
Publication of RU2546542C1 publication Critical patent/RU2546542C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Filters And Equalizers (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: present invention relates to radio engineering and can be used in designing input circuits of software-defined radio receivers. A controlled preselector integrated with a magnetic ferrite antenna comprises a ferrite rod, two coils placed at the ends of the ferrite rod, first and second variable capacitors, a tuning control circuit, a matching transformer, a preamplifier and two additional inductance coils. The disclosed controlled preselector provides bandwidth consistency with variation of the tuning frequency thereof, identical input resistances at both the inverting and non-inverting inputs and is characterised by low input resistance.
EFFECT: providing the best matching with low-impedance series circuits of a ferrite antenna.
3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении входных цепей программно-определяемых радиоприемных устройств.The present invention relates to radio engineering and can be used in the construction of input circuits of software-defined radio receivers.

Качественные характеристики радиоприемного устройства могут быть значительно улучшены благодаря использованию входного перестраиваемого преселектора. Такой преселектор должен иметь фиксированную полосу пропускания во всем диапазоне перестройки, минимальное число регулируемых компонентов. Использование преселектора позволяет уже во входном тракте значительно ослабить влияние нежелательных сигналов от мешающих радиостанций, помех по зеркальному каналу, промышленных помех, которые могут стать причиной появления интерференционных помех. Особенно сильное влияние возникающие интерференционные помехи оказывают на полезные сигналы, использующие квадратурную (многофазную) амплитудную модуляцию (см. Архипкин В.Я., Мешковский К.А. Сравнительная помехозащищенность систем связи с широкополосными и узкополосными сигналами. Информация и космос, №3, 2004, с.23), которая широко используется в современных методах цифровой связи.The quality of the radio receiver can be greatly improved through the use of a tunable input selector. Such a preselector must have a fixed bandwidth in the entire tuning range, the minimum number of adjustable components. Using a preselector allows already in the input path to significantly reduce the influence of unwanted signals from interfering radio stations, interference on the mirror channel, industrial interference, which can cause interference interference. Especially strong influence is caused by interference interference on useful signals using quadrature (multiphase) amplitude modulation (see Arkhipkin V.Ya., Meshkovsky K.A. Comparative noise immunity of communication systems with broadband and narrowband signals. Information and space, No. 3, 2004 , p.23), which is widely used in modern methods of digital communication.

Из заявки на патент США №2001/0036811 (опубликована 01.11.2001; H03J 5/24) известно устройство, в котором для управления частотой настройки магнитной ферритовой антенны используется параллельный контур с набором емкостей, подключение которых к контурной катушке при настройке приемника осуществляется с помощью электронных ключей (см. Фиг.3 указанной заявки). Похожее решение использовано в патенте США №4403347 (опубликован 06.09.1983; H03F 3/193, H03G 3/18, H03G 3/20, H03G 3/30, H03J 3/06, H03J 3/20, Н04В 1/18), за исключением того, что вместо электронной коммутации емкостей использован конденсатор переменной емкости.From the application for US patent No. 2001/0036811 (published 01.11.2001; H03J 5/24), a device is known in which a parallel circuit with a set of capacities is used to control the tuning frequency of a magnetic ferrite antenna, which are connected to the loop coil when tuning the receiver using electronic keys (see Figure 3 of this application). A similar solution was used in US patent No. 4403347 (published on 09/06/1983; H03F 3/193, H03G 3/18, H03G 3/20, H03G 3/30, H03J 3/06, H03J 3/20, Н04В 1/18), with the exception that a capacitor of variable capacitance was used instead of electronic switching of capacities.

Известно устройство согласно патенту США №4805232 (опубликован 14.02.1989; H01Q 5/00, H01Q 7/00, H04B 1/18), в котором для управления частотой настройки используются варикапы, подключаемые к контурной катушке магнитной антенны.A device is known according to US patent No. 4805232 (published 02/14/1989; H01Q 5/00, H01Q 7/00, H04B 1/18), in which varicaps connected to a magnetic antenna loop coil are used to control the tuning frequency.

Недостатком перечисленных устройств является необходимость использования усилительного каскада с высоким входным сопротивлением; тем самым обеспечивается минимальное шунтирование параллельного контура входным сопротивлением усилительного каскада. Однако высокоимпедансные каскады особенно чувствительны к наводкам и промышленным помехам, которые принимаются ферритовой антенной.The disadvantage of these devices is the need to use an amplifier stage with a high input impedance; This ensures minimal shunting of the parallel circuit by the input impedance of the amplifier stage. However, high-impedance cascades are particularly sensitive to interference and industrial interference received by a ferrite antenna.

Известно техническое решение (Задорожный С.М. Подавление синфазной помехи радиоприему. Радиоаматор, №1, Киев, 2008), в котором подавление синфазной помехи осуществляется за счет применения симметричной входной цепи, образованной параллельным контуром и балансным трансформатором. Однако при таком решении удается добиться лишь частичного подавления синфазной помехи несмотря на стабилизацию рабочей точки входных истоковых повторителей.A technical solution is known (Zadorozhniy S.M. Suppression of common mode interference to radio reception. Radioamator, No. 1, Kiev, 2008), in which common mode interference is suppressed by using a symmetrical input circuit formed by a parallel circuit and a balanced transformer. However, with this solution, only partial suppression of the common mode noise can be achieved despite the stabilization of the operating point of the input source repeaters.

Наиболее близким к предлагаемому решению является ферритовая антенна со сдвоенной катушкой, описанная в патенте США №6529169 (опубликован 04.03.2003; G08B 13/24, H01Q 7/08), содержащая ферритовый стержень, две катушки, расположенные на концах ферритового стержня, перестраиваемый конденсатор, подключенный параллельно катушкам, согласующий трансформатор, предварительный усилитель, причем внешние концы катушек подключены к перестраиваемому конденсатору, а внутренние концы - к первичной обмотке согласующего трансформатора, выход которого подключен к входу предварительного усилителя.Closest to the proposed solution is a dual coil ferrite antenna described in US patent No. 6529169 (published 04.03.2003; G08B 13/24, H01Q 7/08), containing a ferrite rod, two coils located at the ends of the ferrite rod, tunable capacitor parallel to the coils, matching transformer, pre-amplifier, the outer ends of the coils connected to a tunable capacitor, and the inner ends to the primary winding of the matching transformer, the output of which is connected to the input at the pre-amplifier.

Недостатком прототипа является использование достаточно высокоомных катушек, которые вместе с ферритовым сердечником образуют для сетевых наводок низкочастотный автотрансформатор, напряжение с которого поступает вместе с полезным сигналом на вход высокоимпедансного предварительного усилителя на полевых транзисторах, создавая тем самым условия для возникновения интермодуляционных помех. Такое явление используется, например, для простейших схем дистанционного управления с помощью магнитной петли (см. Войцеховский Я. Дистанционное управление моделями. Пер. с польского, под ред. А.П. Павлова и Н.Н. Путятина. М.: «Связь», 1977, с.20, рис.2.1.а). На магнитную петлю, выполненную в виде одножильного провода, проложенного по периметру зоны ответственности, от усилителя низкой частоты поступают команды управления на частотах в несколько сотен герц. Приемное устройство представляет собой ферритовую антенну, катушка которой подключается к другому усилителю низкой частоты. Благодаря электромагнитной индукции в катушке ферритовой антенны наводится напряжение с частотой передаваемых команд. Сходные процессы происходят в условиях городской застройки, пронизанной тысячами проводов промышленной питающей сети, помехи которой из-за явления электромагнитной индукции наводятся на катушках ферритовых антенн.The disadvantage of the prototype is the use of sufficiently high-resistance coils, which, together with a ferrite core, form a low-frequency autotransformer for mains interference, the voltage from which is supplied together with a useful signal to the input of a high-impedance pre-amplifier on field-effect transistors, thereby creating conditions for the occurrence of intermodulation interference. Such a phenomenon is used, for example, for the simplest remote control circuits using a magnetic loop (see Wojciechowski J. Remote control of models. Translated from Polish, edited by A. P. Pavlov and N. N. Putyatin. M.: “Communication ", 1977, p.20, fig. 2.1.a). The magnetic loop, made in the form of a single-core wire, laid along the perimeter of the zone of responsibility, receives control commands from the low-frequency amplifier at frequencies of several hundred hertz. The receiver is a ferrite antenna, the coil of which is connected to another low-frequency amplifier. Thanks to electromagnetic induction, a voltage with the frequency of the transmitted commands is induced in the coil of the ferrite antenna. Similar processes occur in urban areas, penetrated by thousands of wires of industrial power supply network, whose interference due to the phenomenon of electromagnetic induction is induced on the coils of ferrite antennas.

При необходимости изменения поддиапазона принимаемых волн в известном устройстве требуется использовать дополнительные катушки или отводы от имеющихся катушек непосредственно на ферритовой антенне, что не является технологичным при массовом производстве.If necessary, change the sub-band of the received waves in the known device, it is required to use additional coils or taps from the existing coils directly on the ferrite antenna, which is not technologically advanced in mass production.

В случае использования варактора в качестве перестраиваемого конденсатора нарушается симметрия входной цепи и ее балансировка относительно синфазных помех.In the case of using a varactor as a tunable capacitor, the symmetry of the input circuit and its balance with respect to common mode noise are violated.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков устройств, известных из области техники, уменьшение интермодуляционных помех, создаваемых низкочастотными наводками промышленной сети.The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages of devices known from the technical field, to reduce intermodulation interference caused by low-frequency interference of an industrial network.

Указанная задача решается тем, что известное устройство, содержащее ферритовый стержень, две катушки, расположенные на концах ферритового стержня, перестраиваемый конденсатор, подключенный управляющим входом к выходу схемы управления настройкой, согласующий трансформатор, предварительный усилитель, выход которого является выходом преселектора, а балансный вход которого подключен к выходной (вторичной) обмотке согласующего трансформатора, дополнительно содержит второй перестраиваемый конденсатор, подключенный своим управляющим входом к выходу схемы управления, и две дополнительные катушки индуктивности, причем первые выводы перестраиваемых конденсаторов подключены к общей шине, а вторые выводы перестраиваемых конденсаторов подключены соответственно к первым выводам дополнительных катушек индуктивности, вторые выводы дополнительных катушек индуктивности подключены соответственно к внутренним выводам катушек, расположенных на ферритовом стержне, внешние выводы катушек, расположенных на ферритовом стержне, подключены соответственно к выводам первичной обмотки согласующего трансформатора, средняя точка первичной обмотки согласующего трансформатора подключена к общей шине, при этом каждая из катушек, расположенных на ферритовом стержне, представляет собой один или более последовательно соединенных плоских витков.This problem is solved by the fact that the known device containing a ferrite rod, two coils located at the ends of the ferrite rod, a tunable capacitor connected by a control input to the output of the tuning control circuit, a matching transformer, a preliminary amplifier, the output of which is the output of the selector, and whose balanced input is connected to the output (secondary) winding of the matching transformer, additionally contains a second tunable capacitor connected by its control input the house to the output of the control circuit, and two additional inductors, the first outputs of tunable capacitors connected to a common bus, and the second outputs of tunable capacitors connected respectively to the first outputs of additional inductors, the second conclusions of additional inductors connected respectively to the internal outputs of the coils located on ferrite rod, the external terminals of the coils located on the ferrite rod are connected respectively to the terminals of the primary coil of the matching transformer, the middle point of the primary winding of the matching transformer is connected to a common bus, each of the coils located on a ferrite rod, represents one or more series-connected flat turns.

В качестве перестраиваемых конденсаторов могут использоваться дискретные перестраиваемые конденсаторы, варакторы и др.As tunable capacitors, discrete tunable capacitors, varactors, etc. can be used.

Далее изобретение более подробно раскрывается со ссылкой на фигуры, на которых представлены варианты осуществления изобретения.Further, the invention is disclosed in more detail with reference to the figures, which represent embodiments of the invention.

На Фиг.1 представлена структурная схема управляемого преселектора, совмещенного с магнитной ферритовой антенной, при использовании дискретного перестраиваемого конденсатора.Figure 1 presents the structural diagram of a controlled preselector, combined with a magnetic ferrite antenna, using a discrete tunable capacitor.

На Фиг.2 представлена структурная схема управляемого преселектора, совмещенного с магнитной ферритовой антенной, при использовании в качестве перестраиваемого конденсатора варактора.Figure 2 presents the structural diagram of a controlled preselector, combined with a magnetic ferrite antenna, when used as a tunable capacitor varactor.

На Фиг.3 представлена конструкция одновитковых катушек, их расположение на ферритовом стержне, а также способ их подключения и крепления к печатной плате.Figure 3 shows the design of single-coil coils, their location on a ferrite rod, as well as the method of their connection and fastening to the printed circuit board.

Управляемый преселектор, совмещенный с магнитной ферритовой антенной, содержит:A controlled preselector combined with a magnetic ferrite antenna contains:

1 - микроконтроллер. Осуществляет управление передачей данных по шине данных, например I2C или SPI. Может быть использован микроконтроллер общего назначения, например с ядром ARM Cortex-M3 серии LPC1700 фирмы NXP Semiconductors. Значение формируемого кода данных определяет значение емкости перестраиваемых конденсаторов.1 - microcontroller. It controls the transfer of data over a data bus, such as I 2 C or SPI. A general purpose microcontroller can be used, for example, with an ARM Cortex-M3 core of the LPC1700 series from NXP Semiconductors. The value of the generated data code determines the value of the capacitance of tunable capacitors.

2 - регистр. Осуществляет прием и хранение цифрового кода, посылаемого с микроконтроллера по шине данных. Имеет свой уникальный адрес. Может быть использован, например, 16-ти разрядный регистр РСА9535 для шины данных I2C от фирмы NXP Semiconductors.2 - register. It receives and stores digital code sent from the microcontroller via the data bus. It has its own unique address. For example, a 16-bit PCA9535 register for the I 2 C data bus from NXP Semiconductors can be used.

3 - схема управления настройкой. Формирует на своем выходе цифровой код согласно варианту осуществления изобретения, отображенному на Фиг.1, или аналоговое напряжение согласно варианту, отображенному на Фиг.2, которые управляют величиной емкости перестраиваемых конденсаторов 4 и 5.3 is a control configuration diagram. Generates at its output a digital code according to the embodiment of the invention shown in FIG. 1, or an analog voltage according to the embodiment shown in FIG. 2, which control the capacitance of tunable capacitors 4 and 5.

4, 5 - перестраиваемые конденсаторы. Конденсаторы, значение емкости которых меняется в зависимости от управляющего воздействия (цифрового кода или напряжения).4, 5 - tunable capacitors. Capacitors whose capacitance value varies depending on the control action (digital code or voltage).

6, 7 - управляемые цифровым кодом аналоговые ключи. Могут быть использованы, например, ключи типа ADG811 компании Analog Devices, обладающие сверхнизким замыкающим сопротивлением, достигающим значения менее 0,8 Ом.6, 7 - digital keys controlled by analog keys. For example, Analog Devices type ADG811 switches with ultra-low short-circuiting resistance of less than 0.8 ohms can be used.

8, 9 - банк конденсаторов, значение емкостей которых распределено по двоичному закону: 2N-1·C, где N=1, 2, 3… - целое число, равное количеству разрядов управляющего кода.8, 9 - a bank of capacitors, the value of the capacities of which is distributed according to the binary law: 2 N-1 · C, where N = 1, 2, 3 ... is an integer equal to the number of bits of the control code.

10 - одновитковые катушки LA. Располагаются на ферритовом стержне. Выполняются из тонкой листовой меди (фольги).10 - single-coil coils L A. Located on a ferrite rod. They are made of thin sheet of copper (foil).

11 - катушка индуктивности L′A. Дополнительная высокодобротная катушка индуктивности. Может быть выполнена на броневом или тороидальном сердечнике.11 - inductor L ′ A. Additional high-quality inductor. Can be performed on an armored or toroidal core.

12 - катушка индуктивности L′B. Дополнительная высокодобротная катушка индуктивности. Может быть выполнена на броневом или тороидальном сердечнике.12 - inductor L ′ B. Additional high-quality inductor. Can be performed on an armored or toroidal core.

13 - одновитковые катушки LB. Располагаются на ферритовом стержне. Выполняются из тонкой листовой меди (фольги).13 - single-turn coils L B. Located on a ferrite rod. They are made of thin sheet of copper (foil).

14 - ферритовый стержень. Выбирается в зависимости от рабочего диапазона частот. Для частот длинноволнового и средневолнового диапазона может быть применен феррит марки 400НН или 600НН. Для более высокочастотных диапазонов может быть применен феррит марки 150ВЧ или комбинации ферритовых стержней разной магнитной проницаемости (см. Хомич В.И. Приемные ферритовые антенны. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963; патент РФ №2256264 (опубликован 10.07.2005; H01Q 7/08)).14 - ferrite core. It is selected depending on the operating frequency range. For the frequencies of the long-wave and medium-wave range, ferrite of the 400NN or 600NN brands can be used. For higher frequency ranges, 150VCh grade ferrite or combinations of ferrite rods of different magnetic permeabilities can be used (see Khomich V.I. Receiving ferrite antennas. M.-L.: Gosenergoizdat, 1963; RF patent No. 2256264 (published July 10, 2005; H01Q 7/08)).

15 - согласующий трансформатор. Осуществляет согласование импедансов контурных катушек ферритовой антенны и предварительного дифференциального усилителя. Может быть выполнен в виде ВЧ-трансформатора, например, типа TT25-1-SMD фирмы Mini-Circuits или другого типа в зависимости от требуемого рабочего диапазона частот.15 - matching transformer. Carries out the coordination of the impedances of the loop coils of the ferrite antenna and the preliminary differential amplifier. It can be made in the form of an RF transformer, for example, type TT25-1-SMD from Mini-Circuits or another type, depending on the required operating frequency range.

16, 17, 18, 19 - резисторы. Определяют коэффициент усиления и входное сопротивление симметричного дифференциального усилителя.16, 17, 18, 19 - resistors. The gain and input impedance of a balanced differential amplifier are determined.

20 - предварительный усилитель. Осуществляет усиление полезного сигнала с одновременным подавлением синфазной помехи.20 - pre-amplifier. It amplifies the useful signal while suppressing common mode interference.

21 - симметричный операционный усилитель. Может быть использован, например, операционный усилитель типа THS 4520 фирмы Texas Instruments.21 is a symmetrical operational amplifier. An operational amplifier such as THS 4520 from Texas Instruments can be used, for example.

22 - цифроаналоговый преобразователь. Осуществляет прием цифрового кода с шины данных и преобразование его в напряжение, пропорциональное значению цифрового кода. Может быть использован, например, цифроаналоговый преобразователь из состава микросхемы PCF 8591 компании NXP Semiconductors.22 - digital-to-analog converter. It receives a digital code from the data bus and converts it into a voltage proportional to the value of the digital code. For example, a digital-to-analog converter from the NXP Semiconductors PCF 8591 chip can be used.

23, 25 - варакторы. Представляют собой p-n переход, емкость которого определяется величиной обратного напряжения смещения, прикладываемого к переходу. Могут быть использованы, например, варакторы типа 1SV149 фирмы Toshiba или ВВ202 компании NXP Semiconductors.23, 25 - varactors. They are a pn junction whose capacitance is determined by the magnitude of the reverse bias voltage applied to the junction. Varactors of type 1SV149 from Toshiba or BB202 from NXP Semiconductors can be used, for example.

24 - согласующий резистор. Служит для предотвращения шунтирования низким выходным сопротивлением цифроаналогового преобразователя емкостного элемента (варактора) колебательного контура. Имеет значение 100÷200 кОм.24 - terminating resistor. Serves to prevent shunting of low output resistance of the digital-to-analog converter of the capacitive element (varactor) of the oscillatory circuit. It has a value of 100 ÷ 200 kOhm.

26 - подстроечный резистор. Служит для балансировки варакторов с целью компенсации технологического разброса их номинальных емкостей. Имеет значение 100÷200 кОм.26 - tuning resistor. Serves for balancing varactors in order to compensate for the technological spread of their nominal capacities. It has a value of 100 ÷ 200 kOhm.

27 - плоский ферритовый стержень. Также может использоваться ферритовый стержень круглого сечения.27 - flat ferrite core. A round ferrite core may also be used.

28 - одновитковые катушки LA и LB.28 - single-coil coils L A and L B.

29 - контактная площадка на печатной плате.29 - contact pad on the printed circuit board.

30 - печатная плата.30 - printed circuit board.

31 - переходные металлизированные отверстия печатной платы. Обеспечивают вместе с печатными проводниками последовательное соединение соседних одновитковых катушек.31 - transition metallized holes of the printed circuit board. Together with printed conductors, they provide a serial connection of adjacent single-turn coils.

Работа управляемого преселектора, совмещенного с магнитной ферритовой антенной, происходит следующим образом. Магнитная составляющая электромагнитной волны полезного сигнала наводит в ферритовом сердечнике 14 высокочастотное магнитное поле, которое благодаря высокой магнитной проницаемости ферритового сердечника концентрируется по величине и за счет явления электромагнитной индукции наводит в одновитковых катушках 10 и 13 высокочастотное напряжение, которое прикладывается, с одной стороны, к первичной обмотке согласующего трансформатора 15, а с другой стороны - к высокодобротным катушкам индуктивности 11 и 12. Перестраиваемый конденсатор 5, подключенный к катушке индуктивности 11, которая, в свою очередь, последовательно соединена с катушкой 10, подключенной к согласующему трансформатору 15, образуют первый последовательный колебательный контур. Аналогично, перестраиваемый конденсатор 4 вместе с катушками 12 и 13, а также согласующим трансформатором 15 образуют второй последовательный колебательный контур. В случае когда резонансная частота указанных контуров совпадает с частотой принимаемого сигнала, сопротивление последовательных колебательных контуров достигает своего наименьшего значения, равного омическому сопротивлению последовательно включенных катушек и половине первичной обмотки согласующего трансформатора, а высокочастотный ток принимаемого сигнала в первичной обмотке согласующего трансформатора достигает своего максимального значения. Для других частот, при которых условия резонанса не соблюдаются, сопротивление последовательных колебательных контуров резко увеличивается, а ток в первичной обмотке согласующего трансформатора уменьшается. Таким образом, при изменении значения емкости перестраиваемых конденсаторов происходит симметричная (по двум каналам) настройка преселектора на нужную частоту.The operation of a controlled preselector combined with a magnetic ferrite antenna occurs as follows. The magnetic component of the electromagnetic wave of the useful signal induces a high-frequency magnetic field in the ferrite core 14, which, due to the high magnetic permeability of the ferrite core, is concentrated in magnitude and, due to the phenomenon of electromagnetic induction, induces a high-frequency voltage in single-turn coils 10 and 13, which is applied, on the one hand, to the primary winding matching transformer 15, and on the other hand to high-quality inductors 11 and 12. Tunable capacitor 5, sub connected to the inductor 11, which, in turn, is connected in series with the coil 10 connected to the matching transformer 15, form the first sequential oscillatory circuit. Similarly, tunable capacitor 4 together with coils 12 and 13, as well as matching transformer 15 form a second series oscillatory circuit. In the case when the resonant frequency of these circuits coincides with the frequency of the received signal, the resistance of the successive oscillatory circuits reaches its lowest value, equal to the ohmic resistance of the series-connected coils and half of the primary winding of the matching transformer, and the high-frequency current of the received signal in the primary winding of the matching transformer reaches its maximum value. For other frequencies at which the resonance conditions are not observed, the resistance of successive oscillatory circuits increases sharply, and the current in the primary winding of the matching transformer decreases. Thus, when the capacitance of tunable capacitors changes, the preselector is tuned symmetrically (in two channels) to the desired frequency.

Управление емкостью перестраиваемых конденсаторов может осуществляться как дискретно, в соответствии с вариантом, представленным на Фиг.1, так и с помощью варакторов, как показано на Фиг.2.The capacity of tunable capacitors can be controlled both discretely, in accordance with the embodiment shown in FIG. 1, and using varactors, as shown in FIG. 2.

В первом случае, т.е. при дискретном управлении емкостью перестраиваемых конденсаторов, цифровой код, соответствующий частоте настройки приемника, поступает с микроконтроллера 1 по шине данных на вход регистра 2. В качестве шины передачи данных часто используется шина I2C (см. The I2C-Bus Specification. Version 2.1. 2000. Philips Semiconductors). Двоичный код с выхода регистра 2 затем поступает на цифровые входы управляемых аналоговых ключей 6 и 7. При нулевом значении кода 0000…00 все ключи разомкнуты и значение перестраиваемых конденсаторов определяется значением емкости C0=C - некоторым дискретным значением емкости, выбор которого зависит от разрядности используемого двоичного кода и необходимого диапазона перестройки банка конденсаторов. При увеличении двоичного кода на единицу, что соответствует коду 0000…01, срабатывают аналоговые ключи 6 и 7 самых младших разрядов, величина емкости каждого из перестраиваемых конденсаторов становится равной C0+C и т.д. В общем виде значение емкости перестраиваемых конденсаторов может быть представлено как:In the first case, i.e. at discrete management capacity tunable capacitors, digital code corresponding to the receiver tuning frequency is supplied to the MCU 1 to the register 2. The input data bus as the data bus is often used bus I 2 C (see. The I 2 C-Bus Specification. Version 2.1. 2000. Philips Semiconductors). The binary code from the output of register 2 then goes to the digital inputs of the controlled analog keys 6 and 7. When the code value is 0000 ... 00, all keys are open and the value of tunable capacitors is determined by the capacitance value C 0 = C - some discrete capacitance value, the choice of which depends on the bit used binary code and the required range of tuning capacitor bank. When the binary code is increased by one, which corresponds to the code 0000 ... 01, the analog keys 6 and 7 of the least significant bits are activated, the capacitance of each of the tunable capacitors becomes equal to C 0 + C, etc. In general terms, the value of the capacitance of tunable capacitors can be represented as:

Figure 00000001
Figure 00000001

где N=1, 2, 3… - число разрядов двоичного кода;where N = 1, 2, 3 ... is the number of bits of the binary code;

a i∈(1, 0) - значения разрядов двоичного кода, a 1 - младший разряд. a i ∈ (1, 0) are the bits of the binary code, a 1 is the least significant bit.

Например, при N=8 величина емкости перестраиваемых конденсаторов CΣ может изменяться от C0 при двоичном коде 0000…00 до (C0+255·C) при двоичном коде 1111…11.For example, with N = 8, the capacitance of tunable capacitors C Σ can vary from C 0 with the binary code 0000 ... 00 to (C 0 + 255 · C) with the binary code 1111 ... 11.

Во втором случае, при управлении емкостью перестраиваемых конденсаторов с помощью варакторов согласно Фиг.2, цифровой код, соответствующий частоте настройки приемника, поступает с микроконтроллера 1 по шине данных на вход цифроаналогового преобразователя 22, на выходе которого формируется положительное напряжение, пропорциональное значению двоичного кода. Это напряжение через резистор 24 и подстроечный резистор 26 поступает на катоды варакторов, аноды которых подключены к общей шине. При изменении напряжения от 1 до 8 В варакторы, например типа 1SV149, меняют свою емкость от 540 до 30 пФ.In the second case, when controlling the capacity of tunable capacitors using varactors according to Figure 2, a digital code corresponding to the receiver tuning frequency is supplied from the microcontroller 1 via the data bus to the input of the digital-to-analog converter 22, at the output of which a positive voltage is generated proportional to the value of the binary code. This voltage is supplied through the resistor 24 and the tuning resistor 26 to the cathodes of the varactors, the anodes of which are connected to a common bus. When voltage changes from 1 to 8 V, varactors, for example, type 1SV149, change their capacitance from 540 to 30 pF.

Для уменьшения влияния технологического разброса параметров варакторов используется подстроечный резистор 26, с помощью которого можно в определенных пределах добиться большей идентичности характеристик изменения емкости варакторов в зависимости от приложенного напряжения.To reduce the influence of the technological variation of the parameters of the varactors, a tuning resistor 26 is used, with the help of which, within certain limits, it is possible to achieve greater identity of the characteristics of the change in the varactor capacitance depending on the applied voltage.

Важной особенностью предлагаемого изобретения, особенно привлекательной для программно-определяемых приемников, является постоянство полосы пропускания преселектора при изменении частоты его настройки.An important feature of the invention, especially attractive for software-defined receivers, is the constancy of the preselector bandwidth when changing its tuning frequency.

Как известно из Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. М.: Высш. шк., 1990, с.128, полоса пропускания любого контура определяется следующим выражением:As is known from Shebes M.R., Kablukova M.V. A problem book on the theory of linear electrical circuits. M .: Higher. Shk., 1990, p.128, the bandwidth of any circuit is determined by the following expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δf - полоса пропускания; Q - добротность; f0 - частота настройки.where Δf is the passband; Q - quality factor; f 0 - tuning frequency.

Так как

Figure 00000003
, а величина добротности Q для последовательного контура равна:As
Figure 00000003
, and the quality factor Q for a serial circuit is:

Figure 00000004
Figure 00000004

то выражение для Δf примет следующий вид:then the expression for Δf takes the following form:

Figure 00000005
Figure 00000005

Здесь R - активное сопротивление контура и его нагрузки (активное сопротивление контурных катушек 11, 10, 12, 13 и половины первичной обмотки согласующего трансформатора 15), LK и CK - индуктивность и емкость компонентов контура.Here R is the active resistance of the circuit and its load (the active resistance of the circuit coils 11, 10, 12, 13 and half of the primary winding of the matching transformer 15), L K and C K are the inductance and capacitance of the components of the circuit.

Так, для первого контура:So, for the first circuit:

RK1=R11+R10+R15,R K1 = R 11 + R 10 + R 15 ,

для второго контура:for the second circuit:

RK2=R12+R13+R15.R K2 = R 12 + R 13 + R 15 .

Здесь:Here:

RK1 и RK2 - активные сопротивления соответственно первого и второго контура;R K1 and R K2 are the resistances, respectively, of the first and second circuit;

R11 и R12 - активные сопротивления соответственно катушек индуктивности 11 и 12;R 11 and R 12 are the active resistances of the inductors 11 and 12, respectively;

R10 и R13 - активные сопротивления соответственно катушек 10 и 13;R 10 and R 13 are the active resistances of the coils 10 and 13, respectively;

R15 - активное сопротивление половины первичной обмотки согласующего трансформатора 15.R 15 is the active resistance of half of the primary winding of the matching transformer 15.

LK1=L′A+LA+L15,L K1 = L ′ A + L A + L 15 ,

LK2=L′B+LB+L15.L K2 = L ′ B + L B + L 15 .

Здесь:Here:

LK1 и LK2 - индуктивность компонентов соответственно первого и второго контура.L K1 and L K2 are the inductance of the components of the first and second circuit, respectively.

L′A и L′B - индуктивность соответственно катушек индуктивности 11 и 12;L ′ A and L ′ B are the inductance of the inductors 11 and 12, respectively;

LA и LB - индуктивность катушек 10 и 13 соответственно.L A and L B are the inductance of coils 10 and 13, respectively.

CK=CΣ - величина емкости перестраиваемых конденсаторов 4 и 5.C K = C Σ is the value of the capacitance of tunable capacitors 4 and 5.

Как следует из (1), полоса пропускания преселектора не зависит от значения емкости CΣ, которая меняется в процессе настройки и определяется только величиной активного сопротивления R и значением индуктивности LK. Это дает возможность, в отличие от прототипа, устанавливать необходимую полосу пропускания выбором величины индуктивности катушек индуктивности 11, 12. Постоянство полосы пропускания позволяет в программно-определяемых приемниках установить твердые границы для дальнейшей цифровой полосовой фильтрации в процессоре сигнальной обработки.As follows from (1), the bandwidth of the preselector does not depend on the value of capacitance C Σ , which changes during the tuning process and is determined only by the value of the active resistance R and the value of the inductance L K. This makes it possible, unlike the prototype, to set the necessary bandwidth by selecting the inductance value of the inductors 11, 12. The constancy of the bandwidth allows the software-defined receivers to set solid boundaries for further digital bandpass filtering in the signal processing processor.

Высокочастотное напряжение, прикладываемое к первичной обмотке согласующего трансформатора 15, с коэффициентом трансформации k0 передается во вторичную обмотку и поступает затем на дифференциальный вход симметричного операционного усилителя 20.The high-frequency voltage applied to the primary winding of the matching transformer 15, with a transformation coefficient k 0, is transmitted to the secondary winding and then fed to the differential input of the symmetrical operational amplifier 20.

Оптимальное значение коэффициента трансформации k0 определяется следующим соотношением (см. Application Note on Transformers / AN-20-002. www.minicircuits.com/app/AN20-002.pdf):The optimal value of the transformation coefficient k 0 is determined by the following ratio (see Application Note on Transformers / AN-20-002. Www.minicircuits.com/app/AN20-002.pdf):

Figure 00000006
Figure 00000006

где Ry - входное сопротивление предварительного усилителя, равное сумме значений сопротивлений резисторов 16 и 18; Ra - выходное сопротивление последовательных контуров.where Ry is the input resistance of the pre-amplifier, equal to the sum of the values of the resistances of the resistors 16 and 18; Ra is the output impedance of the series circuits.

После усиления полезного сигнала и подавления синфазной помехи выходной сигнал поступает с выхода предварительного усилителя 20 на выход преселектора для последующего преобразования в радиоприемном устройстве. Коэффициент усиления по неинвертирующему и инвертирующему входам определяется отношением резисторов 19, 18 и 17, 16.After amplification of the useful signal and suppression of common mode noise, the output signal is supplied from the output of the preamplifier 20 to the output of the preselector for subsequent conversion in the radio receiver. The gain at the non-inverting and inverting inputs is determined by the ratio of the resistors 19, 18 and 17, 16.

В отличие от обычного операционного усилителя в дифференциальном включении симметричные операционные усилители позволяют получить одинаковые входные сопротивления как по инвертирующему, так и по неинвертирующему входам. В результате соблюдается условие полной симметрии и оптимальное согласование всего тракта. Следствием этого является более полное, в отличие от прототипа, подавление синфазных помех, уровень которых соизмерим со значениями коэффициента подавления синфазных помех, гарантированных операционным усилителем, и может достигать 60÷80 dB.In contrast to a conventional operational amplifier in differential switching, symmetrical operational amplifiers make it possible to obtain the same input impedances both inverting and non-inverting inputs. As a result, the condition of complete symmetry and the optimal coordination of the entire path are observed. The consequence of this is a more complete, in contrast to the prototype, common-mode interference suppression, the level of which is comparable with the common-mode interference suppression coefficient guaranteed by the operational amplifier, and can reach 60 ÷ 80 dB.

Есть важное ограничение, которое не позволяет использовать широкополосные (в том числе и симметричные) операционные усилители в обычных высокоимпедансных схемах. Это требование обеспечения низкого входного сопротивления, обычно порядка сотен Ом. Только при таких значениях гарантируется устойчивая работа усилителей в широком диапазоне частот. Такие рекомендации можно найти в руководствах по применению как обычных широкополосных операционных усилителей типа AD8000, ОРА847, так и симметричных типа AD8351, THS4509, THS4520.There is an important limitation that does not allow the use of broadband (including symmetrical) operational amplifiers in conventional high-impedance circuits. This is a requirement to provide low input impedance, typically of the order of hundreds of ohms. Only at such values is the stable operation of amplifiers in a wide frequency range guaranteed. Such recommendations can be found in the manuals for the use of both conventional broadband operational amplifiers such as AD8000, OPA847, and symmetric types AD8351, THS4509, THS4520.

Однако именно эти требования наилучшим образом выполняются в заявляемом преселекторе, где именно низкое входное сопротивление предварительного усилителя обеспечивает наилучшее согласование с низкоимпедансными последовательными контурами ферритовой антенны.However, it is precisely these requirements that are best fulfilled in the inventive preselector, where it is the low input impedance of the preamplifier that provides the best match with the low-impedance series circuits of the ferrite antenna.

На Фиг.3 заявляемого преселектора приведен вариант исполнения одновитковых катушек при использовании плоского ферритового стержня. Аналогичным образом может быть выполнена конструкция и при использовании круглого ферритового стержня. На каждой половине ферритового стержня 27 располагается одна или более одновитковых катушек 28, которые с помощью контактных площадок 29 припаиваются к печатной плате 30. Контактные площадки 29 посредством переходных металлизированных отверстий 31 и печатных проводников обеспечивают последовательное соединение одновитковых катушек 28. Припаянные к контактным площадкам одновитковые катушки 28, выполненные из меди или посеребренной латуни, обеспечивают механическое крепление ферритовой антенны к печатной плате. Такая конструкция катушек ферритовой антенны позволяет значительно уменьшить их омическое сопротивление, уменьшить величину паразитных межвитковых емкостей и получить высокую добротность, особенно на верхних диапазонах.Figure 3 of the inventive preselector shows an embodiment of single-turn coils when using a flat ferrite rod. Similarly, the design can be performed using a round ferrite rod. On each half of the ferrite rod 27 there is one or more single-coil coils 28, which are soldered to the printed circuit board 30 using the contact pads 29. The contact pads 29 through the metallized transition holes 31 and the printed conductors provide a series connection of the single-coil coils 28. The single-coil coils soldered to the contact pads 28, made of copper or silver-plated brass, provide mechanical fastening of the ferrite antenna to the printed circuit board. This design of the coils of the ferrite antenna can significantly reduce their ohmic resistance, reduce the value of parasitic inter-turn capacitances and obtain high quality factor, especially in the upper ranges.

Заявляемый управляемый преселектор, совмещенный с магнитной ферритовой антенной, обеспечивает постоянство полосы пропускания при изменении частоты его настройки, одинаковые входные сопротивления как по инвертирующему, так и по не инвертирующему входам и характеризуется низким входным сопротивлением, что способствует наилучшему согласованию с низкоимпедансными последовательными контурами ферритовой антенны. Благодаря этому предлагаемый управляемый преселектор более эффективно, в сравнении с известными из уровня техники устройствами, подавляет интермодуляционные помехи, создаваемые, в частности, низкочастотными наводками промышленной сети.The inventive controlled preselector, combined with a magnetic ferrite antenna, ensures constant bandwidth when changing the frequency of its tuning, the same input impedance for both inverting and non-inverting inputs and is characterized by a low input impedance, which contributes to best coordination with low-impedance serial circuits of a ferrite antenna. Due to this, the proposed controlled preselector more effectively, in comparison with devices known from the prior art, suppresses intermodulation interference caused, in particular, by low-frequency interference of an industrial network.

Claims (3)

1. Управляемый преселектор, совмещенный с магнитной ферритовой антенной, содержащий ферритовый стержень, две катушки, расположенные на концах ферритового стержня, первый перестраиваемый конденсатор, подключенный управляющим входом к выходу схемы управления настройкой, согласующий трансформатор, предварительный усилитель, причем выход предварительного усилителя является выходом преселектора, а балансный вход предварительного усилителя подключен к выходной (вторичной) обмотке согласующего трансформатора, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй перестраиваемый конденсатор, подключенный управляющим входом к выходу схемы управления, и две дополнительные катушки индуктивности, причем первые выводы первого и второго перестраиваемых конденсаторов подключены к общей шине, а вторые выводы первого и второго перестраиваемых конденсаторов подключены соответственно к первым выводам дополнительных катушек индуктивности, вторые выводы дополнительных катушек индуктивности подключены к соответствующим внутренним выводам катушек, расположенных на ферритовом стержне, внешние выводы катушек, расположенные на ферритовом стержне, подключены к соответствующим выводам первичной обмотки согласующего трансформатора, средняя точка первичной обмотки согласующего трансформатора подключена к общей шине, при этом каждая из катушек, расположенных на ферритовом стержне, представляет собой один или более последовательно соединенных плоских витков.1. A controlled preselector combined with a magnetic ferrite antenna, comprising a ferrite rod, two coils located at the ends of the ferrite rod, a first tunable capacitor connected by a control input to the output of the tuning control circuit, a matching transformer, pre-amplifier, the output of the pre-amplifier being the output of the pre-selector and the balanced input of the pre-amplifier is connected to the output (secondary) winding of the matching transformer, characterized in that it contains a second tunable capacitor connected by a control input to the output of the control circuit, and two additional inductors, the first leads of the first and second tunable capacitors connected to a common bus, and the second leads of the first and second tunable capacitors connected respectively to the first terminals of the additional inductors, the second conclusions of the additional inductors are connected to the corresponding internal conclusions of the coils located on the ferrite with the rod, the external terminals of the coils located on the ferrite rod are connected to the corresponding terminals of the primary winding of the matching transformer, the midpoint of the primary winding of the matching transformer is connected to a common bus, each of the coils located on the ferrite rod is one or more flat connected in series turns. 2. Управляемый преселектор по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого и второго перестраиваемых конденсаторов применяются дискретные перестраиваемые конденсаторы.2. The controlled preselector according to claim 1, characterized in that discrete tunable capacitors are used as the first and second tunable capacitors. 3. Управляемый преселектор по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого и второго перестраиваемых конденсаторов применяются варакторы. 3. The controlled preselector according to claim 1, characterized in that varactors are used as the first and second tunable capacitors.
RU2013144620/08A 2013-10-04 2013-10-04 Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna RU2546542C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013144620/08A RU2546542C1 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013144620/08A RU2546542C1 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013144620A RU2013144620A (en) 2015-04-10
RU2546542C1 true RU2546542C1 (en) 2015-04-10

Family

ID=53282489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013144620/08A RU2546542C1 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546542C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6529169B2 (en) * 2000-07-06 2003-03-04 C. Crane Company, Inc. Twin coil antenna
RU2321926C2 (en) * 2003-10-16 2008-04-10 Сумида Корпорейшн Antenna coil and antenna arrangement
EP2048738A1 (en) * 2007-10-09 2009-04-15 N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP Magnetic ferrite antenna
EP2124293A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Active magnetic antenna with ferrite core
RU2395876C2 (en) * 2008-05-21 2010-07-27 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Active magnetic antenna with ferrite core
JP2013084652A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Hitachi Metals Ltd Antenna coil component

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6529169B2 (en) * 2000-07-06 2003-03-04 C. Crane Company, Inc. Twin coil antenna
RU2321926C2 (en) * 2003-10-16 2008-04-10 Сумида Корпорейшн Antenna coil and antenna arrangement
EP2048738A1 (en) * 2007-10-09 2009-04-15 N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP Magnetic ferrite antenna
EP2124293A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Active magnetic antenna with ferrite core
RU2395876C2 (en) * 2008-05-21 2010-07-27 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Active magnetic antenna with ferrite core
JP2013084652A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Hitachi Metals Ltd Antenna coil component

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013144620A (en) 2015-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10348356B2 (en) Transmitter receiver leakage reduction in a full duplex system without the use of a duplexer
US9871552B2 (en) Transceiver arrangement, communication device, method and computer program
US8909162B2 (en) System and method for transmitting a radio frequency signal through a speaker coil
JP6978714B2 (en) Variable gain power amplifier
RU2453985C1 (en) Highly selective band-pass tuneable lc filter
US20180342798A1 (en) Fm antenna, nfc antenna, multi-function antenna and lighting apparatus
JP2011530254A (en) Dynamic impedance matching network and method for matching impedance between source and load
WO2008066552A1 (en) Active lc band pass filter
JP2017212749A (en) Phase shifter, impedance matching circuit and communication terminal device
US20140320230A1 (en) Multi-loop transformer having wideband frequency applications
RU2538299C2 (en) Harmonic filter of short-wave transmitter
RU2546542C1 (en) Controlled preselector integrated with magnetic ferrite antenna
RU2546309C1 (en) Harmonic filter for short-wave transmitter
US2174963A (en) Electrical wave resonant line filter
US6867745B2 (en) AM antenna noise reducing
EP3035529B1 (en) Integrated tunable impedance network
US2159944A (en) Coupling arrangement for amplifiers and repeaters
US2125119A (en) Coupling transformer
RU2683625C1 (en) Short-wave transmitter harmonic filter
RU2700332C1 (en) Capacitive two-resonance antenna
US2470882A (en) Receiver input circuit
US2056390A (en) Tuned coupling system
RU2685979C1 (en) Short-wave transmitter harmonic filter
WO2012103222A2 (en) Adaptive impedance matching
RU2685978C1 (en) Radio transmitter adjustable harmonic filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161005