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

Рис. 3.45. Экспериментальные графики зависимости проводи­ мости индуктивной диафрагмы от диаметра стержней

5 ;

Рис. 3.45. Экспериментальные трафики зависимости проводимо­ сти индуктивной диафрагмы от диаметра стержней

132

Рис. 3.47. Схема механизма перестройки индуктивного многозвенно­ го фильтра:

.2.2 — электромеханический привод; 23 — ручной привод.

133

ществлять точную подстройку каждого резонатора, используя для этого плавное вращательное движение, самостоятельное для каж­ дого стержня. Вращательное движение стержня создается в про­ цессе его поступательного движения. Наличие скосов и их смеще­ ние по углу изменяет емкостную проводимость (емкость) стержня, что равносильно изменению частоты резонатора. Начальное поло­ жение скосов етеіржін.я іпо отношеніию 'к волноводу — 45°. При пово­ роте в одну сторону на 45°, когда скосы становятся параллельны­ ми широким стенкам волноводов, стержень имеет минимальную емкость, при повороте в другую сторону на 45“ — максимальную.

Волновод 1 с резонаторами впаян в раму, к которой крепятся литые корпуса. Подвижная часть фильтра состоит из направляю­ щей 10 с планкой 6 и уголком 9. С другой стороны настроечные стержни 5 пружиной 7 прижимаются к настроечному винту 8, за­ крепленному на уголке 9.

Направляющая 10 имеет упор 12 с подшипником, наружное кольцо которого прижимается к регулировочному винту 15 кулач­ ка 14 прижимом 11. Прижим 11 состоит из ролика, малой направ­ ляющей, скользящей внутри основной направляющей, и пружины 17 в сжатом состоянии. іРаежнімаясь, іпружина 17 прижимает 'под­ шипник упора и ролик прижима к ріегудировочноіму винту 15. Это устройство стабилизирует крутящий момент при вращении кулач­ ка 14 за счет одинаковой сиілы прижатия упора 12 к регулировоч­ ному винту 15. Рампа 13 удерживает прижим 11 от поворота. Для удержания уоодка 9 .с упором 12 от поворота на 'торце уголіюа уста­ новлен штифт, скользящий в пазу корпуса. Паз в приливе корпуса прорезан вдоль движения стержней.

Кулачок 14 имеет фиксатор 16, поочередно устанавливающий регулировочные винты 15 по оси упора 12. Вращение кулачка про­ исходит от электромеханического привода или вручную. Кронштейн 18 со скобой 20 через шпильку 21 настроечного стержня придает вращение стержню при поступательном перемещении его. Уголок 9 приводится в поступательно-возвратное движение от кулачка 14 при его вращении и передает это движение настроечным стерж­ ням. Каждый настроечный, стержень связан с индивидуальным кронштейном 18 через скрещивающуюся шпильку 21 и ось 19. На­ клон шпильки определяется поворотом кронштейна 18, который фиксируется в нужном положении. Погружение настроечных стер­ жней регулируется настроечными винтами 8. Когда фильтр наст­ роен на верхнюю частоту рабочего диапазона, ось шпильки должна совпадать с осью вращения кронштейна. С этой целью ось 19 сме­ щается в сторону на величину, равную сумме радиусов шпильки и оси. В этом случае вращение кронштейна не изменяет начального» положения стержней по углу. По мере поступательного движения стержней происходит скольжение шпильки по оси 19. Угол накло­ на шпильки создает необходимое для сопряжения каждого резо­ натора вращательное движение стержней. Скоба 20 удерживаетшпильку стержня вблизи оіси 'кронштейна.

134

Весь процесс настройки многозвенного фильтра сводится к на­ стройке его в двух крайних точках рабочего диапазона частот. На­ стройка на каждой из двух частот происходит, как обычно, мето­ дом сдвига узла на четверть длины волны и осуществляется сле­ дующими этапами.

1. Стержни устанавливаются «заподлицо» с внутренней стен­ кой волновода винтами 8. Кронштейн 18 разворачивается таким образом, чтобы оси 19 были параллельны осям штоков. В этом положении стержней производится настройка фильтра винтами 2 на частоту несколько более высокую, чем резонансная частота

2.Затем стержни одновременно погружаются на глубину, не­ обходимую для настройки на верхнюю частоту рабочего диапазо­ на. На этой частоте фильтр настраивается винтами 8.

3.Стержни погружаются далее в резонаторы под действием кулачка и регулировочного винта 15, грубо перестраивая фильтр на нижнюю частоту рабочего диапазона. Точная настройка филь­ тра осуществляется поворотом стержней.

Если теперь перемещать стержни в волноводе, вращая кула­ чок, то они плавно перейдут в первоначальное положение. При этом во всех промежуточных точках рабочего диапазона частоты на­ стройки резонаторов будут сопряжены с достаточной точностью. На все 'промежуточные волны фильтр настраивается винтами 15, расположенными на кулачке, приводимом в движение от привода.

Экспериментальные частотные характеристики фильтра на двух крайних частотах рабочего диапазона приведены на рис. 3.48.

-1 0 -8 -6 -4 -2 f„ г 4 6 8Af,МГц-16-14-12-10-8-6-4 72 fs 2 4 6 8 10 12âf,МГЦ

т

Рис. 3.48. Экспериментальные частотные характеристики пятизвенного пере­ страиваемого индуктивного фильтра

135

Как видно из характеристик, измеренная ширина полосы пропу­ скания фильтра 2Д'/і по уровню коэффициента бегущей волны, рав­ ному 0,9, составляет для верхней частоты диапазона 14,4 МГц (ра­ счетное значение 2Л/і=14 МГц), а для нижней частоты диапазона. 9,4 МГц. Таким образом, изменение ширины полосы пропускания

в заданном диапазоне частот составляет 1,53 (расчетное значение-

1,6).

Потери фильтра на частотах настройки составляют для нижней и верхней частот настройки 1,5 и 1 дБ, что соответствует собствен­ ной добротности фильтра, рассчитанной по ф-ле (1.25), 5000 и. 6000.

Характеристика затухания фильтра, настроенного на верхнюю частоту диапазона, при больших расстройках приведена на рис.

Рис. 3.49. Экспериментальная частотная характеристика затухания пяти­ звенного индуктивного фильтра, .настроенного на верхнюю частоту

3.49. Там же приведена и расчетная характеристика затухания. Как -віиди-о ійз рисунка, экспертм-антальн-ая іи .расчетные кривые при­ близительно совпадают.

Перестраиваемый индуктивно-емкостный фильтр

Пусть требуется спроектировать волноводный полоснопропускающий фильтр с максимально-плоской характеристикой. Ши­ рина полосы пропускания фильтра должна составлять не менее16 МГц по уровню коэффициента бегущей волны больше 0,7. За­ тухание фильтра при расстройке на ±50 МГц должно быть не ме­ нее 75 дБ. Фильтр перестраивается металлическими стержнями че­ рез узкую стенку волновода в диапазоне частот от 4700 до' 4350 МГц. Сечение волновода — 48X24 мм.

136

Порядок расчета следующий.

1.Расчет (на частоте 4700 МГц) по методике, изложенной § 1, 2, показы­ вает, что фильтр должен иметь нагруженную добротность, равную 210, и состо­ ять из шести звеньев. Нагруженные добротности звеньев будут равны соответ­ ственно: 55, 145, 200, 200, 145, 55.

2.По графику рис. 3.26 определяем проводимости, соответствующие доб­ ротностям 55, 145 и 200;

#= 6; 10; 11,7.

3.Выбираем индуктивную реактивность в виде двух индуктивных стержней

иопределяем [3], [66] диаметр этих стержней:

у = 6, d = 2,64 мм;

у = 10, d — 3,68 мм;

# = 1 1 ,7 , d = 3,95 мм.

Емкостную реактивность реализуем в виде симметричной диафрагмы с тол­ щиной < и зазором между диафрагмой и волноводом t' [35]:

Лв

4. Определяем расстояние между реактивностями звеньев (L= — = 42 мм)

и расстояние связи между звеньями фильтра (-Л,СР = 24 мм).

5. С помощью графиков рис. 3.20 определяем место включения элемента перестройки в точке, соответствующей середине диапазона перестройки

( - £

к

1 и 6-е звенья— -^—= 0,27;

к

2 и 5-е звенья— — =0,28;

к

3 и 4-е звенья— - j - =0,28.

тора с помощью проводимости величиной С=0,7:

А

—составит 1,28.

Л0

Л

8. Переводим—— = 1,28 в соотношение частот:

до

Дсо

— =13,5%.

Щ

9. С помощью графиков рис. 3.40 определяем диаметр стержня (27?) и его рабочий ход (АI):

27?= 12 мм; Д7=20 мм.

Начальное погружение составляет около 12 мм.

10. Проверяем, насколько изменится полоса пропускания фильтра при пе­ рестройке на низкочастотном краю диапазона. На нижней частоте нагруженные

137

пускания фильтра на низкочастотном краю диапазона в ,П =1,03 раза, т. е. всего на 3%.

На рис. 3.50а приводится схема механизма перестройки шести­ звенного полосового перестраиваемого фильтра на 20 фиксирован­ ных волн, на рис. 3.506 — конструкция фильтра, а на рис. 3.50в — его геометрические размеры.

Фильтр выполнен из полуволновых объемных резонаторов, по­ строенных на волноводе 1 прямоугольного сечения и ограниченных диафрагмами: индуктивной 2 и емкостной 3. Индуктивная диаф­ рагма представлена двумя металлическими стержнями, соединяю­ щими широкие стенки волновода. Емкостная диафрагма представ­ ляет собой металлическую пластину, закрепленную на узких стен­ ках волновода. Емкостный зазор образуется между пластиной и верхней и нижней стенками волновода. Выборка по узкой стенке диафрагмы служит для уменьшения поверхности пайки и одновре­ менно дает возможность использовать шаблон для ее симметрич­ ной установки в волноводе. Такая конструкция емкостной диафраг­ мы обеспечивает точное выполнение емкостного зазора и надеж­ ную пайку. Пайка в этом случае производится в четырех точках

тем с помощью шаблона 2, имеющего выступы, диафрагма 3 вводится в волновод до упора на шпильки. На волновод устанав­ ливается струбцина, состоящая из двух частей — 4 и 6, и стяги­ вается винтами. При этом диафрагма выступами на струбцине 4 через отверстия под пайку 5 прижимается к узкой стенке волново-

139

да и запаивается. После этого струбцина снимается. Вокруг вто­ рой шары отверстий под пайку имеется '«отковка» (уто'ньшенне стенки волновода). В этих точках стенка волновода прижимается к диафрагме и запаивается.

Элемент перестройки — металлический стержень 13 —■вводит­ ся в полость соответствующего резонатора через узкую стенку волновода перпендикулярно ей (рис. 3.50). Использование такого стержня вместо наклонного позволяет значительно упростить ме­ ханизм перестройки за счет незначительного ухудшения частотных характеристик фильтра. С целью обеспечения механической устой-

чи івости .в іпіошости ірезоініатоіра ѳлем'ѳнгг .пеірестіріонкіи ісвднстіруіиір'Оівая

вформе двух соосных цилиндрических стержней разного диаметра, которые заключены в направляющие втулки 12 и 19, расположен­ ные на узких стенках волновода. Со стороны большего диаметра установлены безконтактные высокочастотные ловушки. Отношение диаметров стержней должно быть не менее чем 2 для того, чтобы искажение градуировочной характеристики отдельного стержня бы­ ло незначительным.

Как видно из рис. 3.50а, в основу механизма перестройки по­ ложено кулачковое устройство. Однако, в отличие от кулачкового, механизм не имеет множества подстроечных винтов, количество' которых обычно выбирается равным числу рабочих волн фильтра. Вал 8, вращающийся вокруг своей продольной оси, оснащен опор­ ными винтами 15. Количество опорных винтов п их распределение по сечению вала выбирают исходя из необходимости получения линейных участков на градуировочной характеристике элемента перестройки. Для фильтра, состоящего из нескольких резонаторов и работающего, например, на двадцати рабочих волнах, количе­ ство опорных винтов может быть пять-шесть. Длина опорных вин­ тов определяется величиной перемещения элементов перестройки.

Каждый кулачок, образованный валом 8 и опорными винтами 15, заключается в жесткое кольцо 7. Назначение кольца состоит в том, чтобы придать профилю кулачка между опорными винтами форму дуги окружности кольца. Диаметр кольца выбирается та­ ким образом, чтобы при вращении вала кольцо касалось только двух соседних опорных винтов. Снизу кольцо обкатывается роли­ ком 16, который закреплен между двумя щечками 9 элемента пе­ рестройки. Для поддержания кольца в плоскости, образованной опорными винтами, часть его постоянно находится между двумя «щечками» элемента перестройки, которые предохраняются отвра­ щения вокруг продольной оси с помощью паза 11 в корпусе в шпильки 10 настроечного стержня, скользящей по пазу. Вся систе­ ма элемента перестройки поджимается к кольцу пружиной 17, ко­ торая обеспечивает ему возвратно-поступательное движение.

При вращении вала, когда оси опорных винтов совпадают с осями элементов перестройки, кольцо попадает в неустойчивое (в плоскости кулачка) положение. Такие положения при работе ме­ ханизма перестройки не используются. Экспериментальна уста-

140