книги из ГПНТБ / Андреев Д.П. Механически перестраиваемые приборы СВЧ и разделительные фильтры

Д . П. Андреев, И. И. Гак, И. И. Цнмблер

МЕХАНИЧЕСКИ

ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ И РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Под общей редакцией А. И. С о б о л е в а

Издательство «Связь» Москва 1973

ОГЛАВЛЕНИЕ

4.3.Перестраиваемые фильтры в схемах параллельной селекции '. 163

4.4.Фильтры с несимметричной -характеристикой в схемах па­

3

Г л а в а

Основные понятия и соотношения

для расчета свч фильтров

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СВЧ ФИЛЬТРОВ

Фильтром называется устройство, предназначенное для вы­ деления из состава сложного электрического колебания, подведен­ ного ко входу фильтра, частотных составляющих, расположенных в заданной частотной области, называемой полосой пропускания фильтра, и подавления частотных составляющих, расположенных в другой, также заданной частотной области, называемой полосой заграждения фильтра.

В зависимости от требований, предъявляемых к взаимному рас­ положению полосы пропускания и полосы заграждения, фильтры могут быть разделены на следующие классы.

1. Фильтры нижних частот. Полоса пропускания фильтра {рис. 1.1а) занимает область от і/= 0 до /=і/г. Все частоты f> fT от­ носятся к полосе заграждения.

2. Фильтр верхних частот. Полоса заграждения фильтра (рис. 1.16) расположена между частотами /= 0 и ,/=ifr. Частоты f> fr со­ ответствуют частотам полосы пропускания.

3.Полоснопропускающий, или полосовой фильтр. Фильтр имеет полосу .пропускания, ограниченную частотами /-п и /п (рис. 1,1«).

4.Полоснозаграждающий, или режекторный фильтр. Фильтр

Кроме этих основных классов, существует класс более сложных фильтров, характеризующихся наличием нескольких полос пропус­ кания или заграждения. Эти фильтры могут быть условно названы фильтрами с несимметричной частотной характеристикой.

Из всех указанных выше классов фильтров наибольшее распро­ странение в технике свч получили полосовые фильтры, предлагае­ мая классификация которых схематически показана на рис. 1.2.

В зависимости от отношения ширины полосы пропускания к не­ сущей частоте фильтры могут быть разделены на широкополосные и узкополосные. Примем условно, что широкополосные фильтры имеют полосу пропускания порядка 2% и более, узкополосные

5

Рис. 1.2. Классификация фильтров

стота изготовления и технологии. Однако они находят ограниченное применение.

Вдальнейшем будут рассматриваться фильтры с чебышевской

имаксимально-плоской частотными характеристиками в полосе пропускания.

Взависимости от требований, предъявляемых к фильтру в отно­ шении его габаритов и веса, а также в зависимости от диапазона использования, фильтры могут быть волноводными, коаксиальными или полосковыми !) .

') Полосковые фильтры в печатном исполнении применяются в основном в качестве неперестранваемых, а также в качестве электрически перестраиваемых.

7

-J*

В зависимости от того, каким образом связаны между собой ре­ зонаторы, образующие фильтр в целом, различают: а) фильтры с непосредственной связью между резонаторами; б) фильтры с чет­ вертьволновой связью между резонаторами.

Фильтры с непосредственной связью представляют существен­ ный интерес, поскольку их вес и габариты могут быть сделаны зна­ чительно меньше, чем вес и габариты фильтров с четвертьволновы­ ми связями. Кроме того, параметры этих фильтров при перестройке

фильтров с непосредственными связями для больших значений на­ груженных добротностей (Q = 200-^-300) приводит к необходимости реализации высоких проводимостей. Так, например, нормированная реактивная проводимость для фильтра с полосой 0,3% составит около 100—150. Для воспроизведения таких реактивностей требует­ ся чрезвычайно высокая точность изготовления фильтра. Кроме то­ го, возникает ряд дополнительных конструктивных и технологичес­ ких трудностей, связанных с обеспечением чистоты внутренних по­ верхностей резонатора и надежности контактов (в случае разбор­ ной конструкции), а также с обеспечением пайки и антикоррозий­ ного покрытия. Применение фильтров с четвертьволновыми связя­ ми частично устраняет эти трудности, поэтому они находят более широкое распространение.

Перестраиваемые фильтры применяются там, где требуется быстрая смена частоты настройки фильтра. Существуют фильтры с

электрической и механической перестройкой. Первые из них пере­ страиваются с помощью изменения электрических и магнитных по­ лей, управляющих свойствами диэлектриков и ферритов, помещен­ ных в резонатор. Фильтры с электрической перестройкой использу­ ются там, где определяющими факторами являются высокая ско­ рость и большой диапазон перестройки частоты. Однако имеющие­ ся в настоящее время материалы и существующая технология из­ готовления обусловливают значительные недостатки этих фильтров,, ограничивающие их применение.

В фильтрах с механической перестройкой частоты перестройка осуществляется путем изменения геометрических размеров резона­ торов или путем изменения электрической длины резонатора с по­

мощью переменных реактивностей. Перестройка фильтра может осуществляться скачками на заранее известные фиксированные волны или плавно во всем частотном диапазоне. В зависимости от этого используются различные конструкции механизмов перестрой­ ки. Таким образом, по способу перестройки могут быть указаны, три основные группы фильтров: а) неперестраиваемые; б) пере­ страиваемые дискретно, т. е. на фиксированные частоты; в) пере­ страиваемые плавно во всем заданном частотном диапазоне.

В книге рассматриваются механически перестраиваемые поло­ совые фильтры с четвертьволновыми связями.

6

1.2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА СВЧ ФИЛЬТРОВ С ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫМИ СВЯЗЯМИ

Обычно расчет фильтров свч базируется на отождествле­ нии фильтров свч и фильтров LCR. При этом не учитываются такие особенности свч цепей, как наличие распределенных постоянных, наличие высших типов волн. Это затрудняет построение закончен­ ной, строгой теории расчета свч фильтров.

Обычно расчет свч фильтров основывается на синтезе (нахож­ дении конструктивных параметров фильтра по частотной характе­ ристике) по рабочим параметрам, в отличие от фильтров LOR, рас­

чет которых ведется как по характеристическим, так и по рабочим параметрам. Чтобы объяснить это отличие, коротко напомним об основных характеристических параметрах:

1) собственная постоянная передачи gc:

Bz =z ^z ~"Ь І

где bc — собственное затухание, равное половине натурального ло­ гарифма отношения кажущихся мощностей на входе и выходе че­ тырехполюсника, т. е.

Понятие характеристическое сопротивление можно пояснить сле­

при которых отсутствуют от­ ражения на обоих концах системы [1]. Эти оптимальные значения

сопротивления называются характеристическими сопротивлениями четырехполюсника и играют такую же роль, как характеристическое сопротивление длинной линии. Физический смысл характеристичес­ кого сопротивления — это входное сопротивление бесконечной це­ почки одинаковых четырехполюсников, включенных навстречу друг другу (рис. 1.4). Из определения характеристического сопротивле­ ния видно, что оно условно и практически носит приближенный ха­ рактер, поскольку нельзя реализовать бесконечную цепочку четы-

9