Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей (1987) (1092094), страница 83
Текст из файла (страница 83)
344, а) четырехполюсиик становятся яеустой >ивымэ Г()ОВО Цепи для обработ)(и сигналов В устройствах связи снгмалы обрабатывают различным образом с целью изменения нх формы (модуляция, детектирование), амплитуды (трансформация, усиление), частоты (преобразование), очищения от помех (селекция) н т. д.
Такую обработку снгиалоа производит с помощью лимейных и нелинейных цепей. Основными видамн лмнеймой обработки сигналов„которые рассматриваются в настоящей главе, являются селекция, задержка во времени, дифференцирование и интегрирование сигналов, а тащке коррекция их мскажений. $9.(. СЕПЕКТИВНЫЕ ЦЕПИ В гл. 4 были рассмотрены селеитивные свойства резонансных контуров.
Наряду с резонансными контурами для селекции сигналов широко применяют специальные схемы селектнвмых цепей, а также фильтры специфичссиой комструкцни. В настоящем параграфе рассматривается классификация фильтров по манболее принципиальным признакам. 1. физические принципы селекции сигналов. Любые частотные фильтры (см. $4.1), в которых используется явление резонанса, могут быть названы резонансными фильтрами. Существуют также частотные фильтры, в которых для селекции сигналов используются другие физические явления, например компенсация помех на выходе фильтра, где они складываются в противофазе, Для этого сигнал с помехами должен поступать на выход фильтра по нескольким параллельным каналам, как, например, в Х-образной канонической схеме четырехполюсннка.
Такие фильтры называют мостовыми. Число параллельных каналов в мостовых фильтрах может быть и больше двух. Если при этом необходимые фазовые сдвиги создаются в параллельных каналах, отводящих сигнал в различных точках его прямого пути, то такие фильтры называют трансверсальными - (от лат. (гапзчегзпз — отведенный).
В мостовых и трансверсальпых фильтрах используются и резонансные элементы. Для селекции электрических сигналов могут применяться не только электрические фильтры, состоящие лишь из электрических элементов, но также фильтры, содержащие электрические и механические элементы, — так называемые 'электромеханические фильтры (ЭМФ). Как в электрических фильтрах, так и в ЭМФ могут использоваться волновые резонаторы. Соответственно такие фильтры называются волновыми.
Выше были рассмотрены специфические физические явления в однонаправленных четырехполюсниках с обратной связью (см. $8.4.4). В таких четырехполюсниках можно, в частности, формировать заданные частотнь<е характеристики при комплексном коэффициенте обратной связи й и вещественном К= К, как это видно из формулы (8.79). Получающиеся при этом селективные четырехполюсники называются активными фильтрами.
Все другие фильтрь<, в которых для селекции не используется обратная связь, являются пассивными фильтрами, хотя они могут быть активными четь<рехполюсниками (резонансный усилитель и др.). При селекции сигнала обычно стремятся сохранить его форму. Однако в ряде случаев целью обработки сигнала является его обнаружение на фоне помех без сохранения формы. Так, при передаче сигнала импульсным кодом важно обнаружить посланные импульсы, а принятые импульсы могут и отличаться по форме от посланных. При этом может быть осуществлена оптимальная фильтрация, при которой обеспечивается наибольшее по мощности отношение сигнала к шуму на выходе фильтра. Для этого в отличие от передаточной функции (6.25) передаточная функция Т(<ь) = Тю(ы)е ' ' оптимального фильтра должна быть сопряжена (согласована) со спектральной функцией 5,„(ь<) входного сигнала: Ть(ы) = А5,*„(<ь).
Поэтому 'оптимальный фильтр называют также согласованным (с сигналом). Сигнал на выходе согласованного фильтра имеет спектр 5,„,(ь<) = Т(ь<)5,„(ь<) = = А5~„(ь<)е Так как 5."„(ь<) является вещественной функцией, фазовые сдвиги спектральных составляющих в оптимальном фильтре имеют значения, при которых все зти составляющие получаются синфазными и складываются арифметически, а не векторно. При этом обеспечивается максимально возможный энергетический пик сигнала, смещенный на время запаздывания ть, которое очевидно, должно превышать длительность сигнала т.
Если на входе оптимального фильтра действует помеха в виде белого шума со случайным спектром фаз, то на выходе фильтра ее спектральные составляющие складываются по-прежнему со случайными фазами, т. е. векторно, При этом на выходе фильтра уровень шума возрастает в меньшей степени и не имеет указанного энергетического пика. Вследствие описанных явлений и обеспечивается оптимальная фильтрация. Если же нв входе фильтра действует небелый шум со спектральной плотностью 5"(ь4)~сопз1, то оптимальный фильтр должен быть согласован с сигналом иным образом: Ть(ь4)= А5,*,(ь4)/5„',.(ы). Тем самым небелый шум преобразуется в белый и задача оптимальной фильтрации решается прежним образом. Оптимальная фильтрация и'другие виды селекции сигналов могут осуществляться цифровыми фильтрами, в которых производится обработка дискретных сигналов (см.
$5.4.3). Основной частью цифровых фильтров является микропроцессор, представляющий собой специализированную ЭВМ, выполненную в виде интегральных микросхем (микромодулей). Микропроцессор состоит из жестко запрограммированных блоков, например: из блока вы веления спектра 5„,(ь4) по алгоритму БПФ, блока перемножения этого спектра на передаточную функцию Т(ь4), которая хранится в запоминающем устройстве, и блока вычисления вы-.
ходного дискретного сигнала по его найденному спектру 5.,(4ь)= = Т(ь4)Ъ,„(ь4). Цифровые фильтры могут работать и по другим алгоритмам, вычисляя, например, суперпозиционные интегралы. При этом в запоминающем устройстве хранится переходная или импульсная характеристика фильтра с заданными селективными свойствами. Более. предпочтительной является обработка сигнала с помощью импульсной характеристики, поскольку для вычисления интеграла Дюамеля (б 41) требуется дифференцировать входной сигнал, а численное дифференцирование снижает точность работы цифрового фильтра. 2.
Классификации частотных фильтров. Любые частотные фильтры, как и резонансные контуры, имеют некоторую полосу пропускания, определяемую на относительном уровне А = !/4/2 (см. рнс. 4.8), или а = 3дБ = 0,346 Нп (см. рнс. 4.1), На этом же уровне определяются и граничные частоты полосы пропускания по рабочему затуханию (8.44), (8.45). Однако расположение этой полосы может быть различным. По этому признаку любые фильтры подразделяются на четыре основных типа. Фи гьгрь4 нижних чистот (ФНЧ) имеют полосу пропускания в диапазоне часгот от )а = 0 до 1„4 = !', (рис.
9.1, а). Фильтры верхних частот (ФВЧ) характеризуются полосой пропускания от !о = 1, до !ы = 44ь (рис. 9.1, б). В паласовом фильтре (ПФ), как и в резонансных контурах (см. рис. 4.7), полоса пропускания располагается в диапазоне частот 0 < )а ~ 1„, ( ьа (рис. 9.1, в) . Режекгорный, или заградительный, фильтр (РФ, ЗФ) имеет вместо полосы процускания полосу рем<екции (заграждения), в которой подавляются помехи с заданными частотами.
Полоса режекцин может характеризоваться граничныл4и частотами 0( (~а ~1м( ьь (рие.9.1,г), КОтОрЫЕ СООтВЕтетВуЮт дВуМ ПОЛО- сам пропускания ]~о, 1,4] н [1,8, 1,4], где !а = О, 1,4 =- ьо. Полосу режекцин характеризуют также полосой частот брм в которой 408 А .4 А 4 рф — 1 — — 1 1 1/г7 — — 1/ /— ИУ вЂ” — — 1/Уг Тл/у ', бзВу ! //ег ! у а1 е) /гг /гг б) 0 /гг /гз г) А пл А1 ррах ар! 1 /ь т .1, "е"«ь | дпш 1 о сгел/г ( гегьг г ЬЬ к д) е) лг1 з) Рнс. 9Л.
Классификапня фильтров по рнсположсниш полосы пропускання б 9зь РеАктиВные ФильтРы В резонансных фильтрах для лучшего проявления резокапсных «войств стремятся использовать высокохобротные злементы. Это позволяет в ряде случаев пренебрегать потерямн при анализе и расчете фильтров. Экиниалентпые схемы такпс фильтров состоят нз чисто реактивных элементов н назыввштся реактнанымп фильтрами.
1. Основные свойства. Матричные коэффициенты а,т, а„ имеют смысл соответственно сопротивлсниия и проводимости передачи. Эти сопротивления и проводимости в реактивном фильтре могут быть только реактивными: а„=1Хити(го), а„= )Впо„(ш) = !/1Хгто,(о>).
(9.1) Входные сопротивления реактивного фильтра в режимах холостого хода и короткого замыкания также являются реактивными. Поэтому из соотношений (8.38) и (9.1) вытекает, что,нагричноге 409 ослабление помех Н =!/Л превышает заданную величину Но или равно ей (рис. 9.1,д), т. е. полосой ос.гпблгния (затухания). Существуют фильтры с рядом полос пропускания пли почос режекции, расположенных па кратных частотах.
Их называют соответственно полосоеогии или резссгсгорносшг ерсбенчагылги фильтрами (ПГФ, РГФ). Характерглстики таких фильтров показаны на рис. 9.1, е, лс. Обычно в фильтрах принято рассматривать не коэффициент передачи, а рабочее затухание, как показано для ФИЧ нз рис. 9.1, з. При этом в технических условиях задают полосу пропускания и полосу затухания, которые раздсляются переходной зоной. В полосе пропускания ограничивается максимальное рабочее затухание, например, уровнем а,км„ =- 3 дБ, а в полосе затухания задается минимальное рабочее затухание а„„п„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
