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

В результате получим

система трансцендентных уравнений позволяет определить длины шлейфов іі и 4 при заданных требованиях к полосе пропускания и заграждения. Решение трансцендентных уравнений производится графическим методом. При этом решение находится для значений lh а величины /2 определяются из условия резонанса в центре по­ лосы пропускания:

/ Ярез 1

h = —----- П-

Для определения длины шлейфа I емкостного фильтра приравняем выражения для нормированных проводимостей на краях полос про­ пускания и заграждения на частотах /3, ft, fi, f2:

пускания:

tg k0l + 2л f0W0C* = 0.

Последним этапом расчета фильтров является определение вол­ новых проводимостей шлейфов. Нормированные волновые прово­ димости определяются по формуле

Pr S

где

—— нормированная волновая проводимость r-го шлейфа;

— — масштабный коэффициент приведения, к полиному Чебы-

171

ев. Сравнительный расчет количества звеньев для обычного фильтра, имеющего симметричную частотную характеристику, к которому были предъявлены те же электрические требования, показал, что филыр должен состоять из девяти звень­ ев, т. е. количество звеньев увеличивается почти в два раза.

цендентных уравнений для звена «емкостного» фильтра в полосе заграждения и полосе пропускания. В результате решения системы уравнений получаем, что длина разомкнутого шлейфа I равна 13,45 см. Величина С *= 1,19410~ИФ.

2 . Определяется количество звеньев по ф-ле (1.15) с учетом выражений (4.33), (4.35). При этом, как и в индуктивном фильтре, для обеспечения задан­ ных требований примем с небольшим запасом:

—полосу пропускания Д/п = 62 МГц;

—полосу заграждения Af3= 6 2 МГц;

— коэффициент бегущей волны в полосе пропускания равен 0,9 или 7>п=0,01 дБ;

— затухание в полосе заграждения 6 3 = 90 дБ.

Расчет показывает, что в этом случае фильтр должен состоять также из пяти звеньев.

Аналогичный сравнительный расчет количества звеньев для обычного филь­ тра с симметричной характеристикой, обладающего теми же электрическими па­ раметрами, показывает, что фильтр должен состоять из девяти звеньев.

173

Рис. 4.25. Решение трансцендентных уравнений для ем­

костного фильтра:

а) для полосы заграждения; 6} для полосы пропуска­ ния

3. Рассчитываются волновые сопротивления разомкнутых шлейфов. Для это го рассчитываются нормированные волновые проводимости шлейфов по ф-ле (4.38), где

1 1

На рис. 4.26 показана схема конструктивного выполнения ин­ дуктивного фильтра. Волновое сопротивление крайних звеньев по­ лучилось довольно высоким, ^,5 = 1 6 7 Ом. Поэтому для получения более жесткой конструкции применены полуволновые резонаторы, состоящие из двух короткозамкнутых шлейфов. Электрическая дли­ на короткозамкнутого шлейфа, создающего полюс затухания в по­ лосе заграждения, выбрана равной примерно половине длины вол­ ны на средней частоте полосы заграждения. Суммарная электри­ ческая длина двух короткозамкнутых шлейфов равна примерно по­ ловине длины ,волны на 'средней частоте полосы трюіпуюканіия. Цен­ тральный стержень коаксиального шлейфа для уменьшения длины выполнен в виде спирали. Остальные звенья представляют собой индуктивные резонаторы, которые рассматривались выше. Диамет­ ры труб резонаторов выбраны равными 30 мм для обеспечения за­ данных потерь. Такие резонаторы в дециметровом диапазоне волн имеют собственные добротности порядка 1200ч-1300, что для дан-

174

/ —спиральные резонаторы; 2 — четвертьволновые резонаторы; J — центральные стержни резонаторов; 4 — настроечный винт

кого фильтра составляет величину потерь в полосе пропускания 0,3-4-0,2 дБ. Здесь приведены величины волновых сопротивлений

175

применять обычные коаксиальные линии В таких фильтрах боль­ шое значение имеет надежность контакта в местах соединения звеньев фильтра и линии связи. На рис. 4.28 показана схема сое­ динения двух звеньев фильтра с помощью жесткого коаксиально­ го разъема. Центральные проводники 1 и 6 коаксиальных линий

Рис. 4.28. Схема соединения звеньев фильтра с помощью жесткого разъема:

а) общин вид; б) конструкция разъема.

Л б — центральные проводники коаксиальной линии; 2 — гайка; 3 — шайба; 5 — -полукольцо

связи стыкуются при помощи накидной гайки 2. Гайка 2 упирает­ ся в бортик на стержне 4. Стержень запрессован в центральный проводник 6 и заштифтован. Внешние трубы коаксиалов соединя­ ются при помощи болтов. При этом между фланцами внешних труб устанавливаются металлические полукольца 5.

Порядок сборки соединения следующий. Устанавливается одно полукольцо 5 и стягивается болтами. Поскольку центральные про-

176

водники для данной конструкции выполняются по длине с минусо­ вым допуском, то между ними образуется зазор. Перед затяжкой гайки 2 между торцами центральных проводников устанавливается шайба 3, по толщине равная зазору. Затем устанавливается вто­ рое полукольцо и затягиваются все болты.

Резьба на проводнике 1 выполнена так, что ее средний диа­ метр равен диаметру проводника. Поэтому выступающая часть резьбы не вносит рассогласования независимо от величины зазо­ ра между проводниками. Конструкция обеспечивает жесткость сое­ динения, высокое согласование и некритична к допускам на ли­ нейные размеры за счет наличия регулировочной шайбы.

На рис. 4.29 показаны экспериментальная и расчетная частот­ ные характеристики затухания индуктивного фильтра. Обе харак­ теристики достаточно хорошо совпадают и в полосе пропускания,

Р е

-80 -B0-W -20 fz +20 +W+60 +80 fE+120+П0+1608Щ

Рис. 4.29. Расчетная и экспериментальная характеристики затухания пятизвенного индуктивного фильтра

и в полосе заграждения. Затухание в полосе заграждения (Д/3= = 56 МГц) составляет около 90 дБ. На рис. 4.30а показана экспе­ риментальная характеристика фильтра в полосе пропускания. Ко­ эффициент бегущей волны в полосе /і±28 МГц составляет не ме­ нее 0,8, а потерн фильтра в той же полосе не превышают величи­ ны 0,4 дБ.

На рис. 4.31 схематически показано конструктивное выполнение емкостного фильтра. Фильтр состоит из пяти разомкнутых коак­ сиальных шлейфов и параллельно подключенных к ним перемен­ ных емкостей. Внешний диаметр коаксиальных шлейфов как и для

177

индуктивных фильтров, выбран равным 30 мм. Центральные стер­ жни шлейфов оканчиваются емкостными втулками. Емкость обра­ зуется между втулкой и подстроечным емкостным винтом. Кон-

Рис. 4.30. Экспериментальные частотные характеристики фильтров п полосе пропускания а) индуктивный фильтр; б) емкостный фильтр

Рис. 4.31. Схема емкостного фильтра:

/ — центральные стержни резонаторов; 2 — настроечный винт

сцрурция емішстиоіпо узла 'показана на риіс. 4.32. Емкостная втул­ ка 1 изолируется от корпуса фильтра при помощи фторопластово­ го кольца 2. Втулка 1 крепится к кольцу 2, и, в свою очередь, кольцо 2 — к основанию 4 резонатора винтами 3.

Емкостная втулка имеет цилиндрический вырез в торцевой по­ верхности для получения требуемой величины емкости. Общая емкость складывается из постоянной и переменной емкостей. По­ стоянная емкость образуется между цилиндрической и торцевой

178

-160-60 -чо -20 f, +20 +40 +60 +80 fs +120 +140+160Щц

Рис. 4.33. Расчетная и экспериментальная характеристики затухания пятизвенного емкостного фильтра

179

тики фильтра 'в полосе пропускания и заграждения. Обе ха­ рактеристики достаточно хорошо совпадают. Затухание в полосе заграждения /у±28 МГц составляет величину не менее 85 дБ. На рис. 4.306 показана экспериментальная характеристика фильтра в полосе пропускания. Коэффициент бегущей волны в полосе при­ мерно /ц±30 МГц составляет не менее 0,8, а потери не превы­ шают величины 0,3 дБ.

Сравнение расчетных и экспериментально полученных величин волновых сопротивлений шлейфов индуктивного и емкостного фильтров показывает удовлетворительное совпадение этих величин. Некоторое несовпадение волновых сопротивлений отдельных звень­ ев объясняется, вероятно, особенностью выбранного типа четверть­ волновой связи, а также отличием реальных схем фильтров от эк­ вивалентных, принятых в расчете. Это относится в индуктивном фильтре к узлу присоединения двух шлейфов к основной линии, а в емкостном фильтре к конструкции емкостного узла. Однако нуж­ но отметить, что предварительное определение волновых сопротив­ лений шлейфов расчетным путем позволяет правильно выбрать ос­ новные размеры фильтра.

Волноводныя фильтр с несимметричной характеристикой

В волноводном исполнении фильтр с несимметричной ха­ рактеристикой в одном из вариантов образуется индуктивной про­ водимостью 1 и режекторным контуром 2, включенными в основ­ ной волновод 3 (рис. 4.34).

Режекторный контур представляет собой, например, резонанс­ ную полость, включенную в разрыв широкой стенки основного вол­ новода. На частоте резонанса режекторного контура он вносит в

180