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

Внутренний проводник 1 коаксиального резонатора крепится на резьбе к торцѵ 2 резонатора. Свободный конец внутреннего про­ водника центрируется при помощи диэлектрической шайбы 3. На этом конце внутреннего проводника укреплен статор 4 конденсато­ ра настройки. Статор представляет собой систему пяти коаксиаль­ ных полуцилиндров. Высота полуцилиндров изменяется вдоль ок­ ружности основания статора таким образом, чтобы обеспечивался линейный закон перестройки частоты резонатора, что весьма важно для облегчения сопряжения нескольких резонаторов в мпогорезо-

наторпом фильтре.

Ротор конденсатора настройки 5, состоящий из коаксиальных полуцилиндров, конструктивно объединен с ротором «контактного» конденсатора п закреплен при помощи цанги на керамической осп 6, которая, в свою очередь, установлена в подшипниках 7. Статор контактного конденсатора 8 выполнен совместно с торцом резона­ тора. Связи с резонатором осуществляются посредством петель 9, присоединенных к разъемам 10.

Перестройка многозвенного фильтра, состоящего из резонаторов описанного типа, осуществляется путем объединения валов всех роторов, заканчивающихся червячной шестерней, на общий червяч­ ный привод.

Настройка каждого резонатора на одну и ту же резонансную частоту производится на крайней частоте диапазона перестройки путем установки зазора между торцами ротора и статора конден­ сатора настройки. Настройка на других частотах диапазона произ­ водится путем подгибания лепестков внешнего полуцилиндра ро­ тора.

В настоящее время имеется много различных конструктивных модификаций рассмотренных основных типов коаксиальных резо­ наторов и способов их перестройки, обеспечивающих расширение

диапазона перестройки и получение прямолинейной градуировочной характеристики *) резонатора [23—29].

Вследствие простоты конструкции и малых габаритов большое распространение получили четвертьволновые резонаторы с кондуктивной связью.

2.2. ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫЙ РЕЗОНАТОР, ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ДЛИНЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО СТЕРЖНЯ '

Коаксиальный резонатор и его эквивалентная схема пока­ заны на рис. 2.13. Резонатор состоит из разомкнутого и замкнутого

■коаксиальных шлейфов с разными волновыми" сопротивлениями, включенных параллельно основной линии. Связь резонатора с под­ водящей линией — кондуктивная. Перестраивается резонатор из­ менением длины центрального стержня 1\.

‘) Градуировочной характеристикой резонатора называется зависимость ве­ личины перемещения элемента перестройки от частоты резонатора.

50

Частотная зависимость натріуж'Ѳніы'ОЙ добротности резо­ натора отіисыіваетш следующей фоіриѵгул-ой:

где

— круговая частота; і/о — волновая проводимость подводящей линии;

Y —• проводимость іэмвіИівалентного донтура ів сечении «аа».

■Проводимость Y склады­ вается из проводимости ра­

це со вторым участком длиной І2 равна

Проводимость шлейфа длиной к, нагруженного на проводимость г/ь на входе подводящей линии определяется через известную фор­ мулу пересчета входных проводимостей:

51

сит от места подсоединения подводящих линий к резонатору (от

размера /3) .

Проводимость эквивалентного контура после тригонометричес­ ких преобразований ф-лы (2.5) запишется:

Уоі (1 + tg Ws ctg Ws) (tg W l — — ctg Wo)

Используя ф-лы (2.1), (2.7), (2.8) и (2.9), получим для нагружен­ ной добротности резонатора

Зл-о I

tg а x„ [tg x„ — tg (1 — а) x0]

Приравняв волновые проводимости линий, получим формулу на­ груженной добротности для четвертьволнового резонатора с рав­ ными волновыми проводимостями линий:

фиксированной длине /0 пропорциональна частоте. На рис. 2.14 при­

том Хо при фиксированной величине /0) уменьшается. Такой харак­ тер изменения добротности приводит к резкому изменению шири­ ны полосы пропускания резонатора при его перестройке в широком частотном диапазоне. Поэтому четвертьволновые фильтры, пере­ страиваемые путем изменения длины центрального стержня, приме­ няются при малых диапазонах перестройки (около 10—15%), сред­ них величинах добротностей (до 100) и при небольших перепадах волновых проводимостей шлейфов (ß= 2 ; 5). На рис. 2.15 приведе-

52

/ —ß=2; 2—ß= 5; 3 -ß = 1 0 ; 4 -ß = 1 5 .

53"

значения інагружшной добротности резонаторн. "Резонатор екоінструиров аін для децим етроівот доатізоін а волн.н піерестріаіиівнется в дн- -аіп.а'зон'е частот около 10%. Волновые сопротивления шлейфов резо-

Рис. 2.16. Зависимость резонансной длины коак­

сиального резонатора от

-ѵо:

/ —ß = 2; 2—ß= 5; г —(3=10

нагора Woi=60 Ом; 11%2=30 Ом, волновое сопротивление подво­

няется мало. На рис. 2Л8 приведены графики значений функции

натора при изменении х0 от — до — п колеблется около вели­

чины— Я.

4

Фй

J — ß = 2 ; 2—/3=5 ,* J -ß = !S

55

.лучить мало изменяемую полосу пропускания в достаточно боль­ шом диапазоне перестройки резонатора. Преимуществом такой схе­ мы является также отсутствие резонансов на гармониках.

Недостатком рассмотренного — -волнового резонатора по срав­

нению с четвертьволновым являются большие габариты и увеличен­ ные потери. Другой недостаток заключается в том, что при доброт­ ностях порядка 100 зазоры в линии с низким волновым сопротив­ лением должны быть малыми. Это ограничивает применение таких •фильтров при больших уровнях мощности. Поэтому эти фильтры могут использоваться в цепях, в которых используются низкие уровни мощности и допустимо увеличение потерь.

2.3.РЕЗОНАТОР С ШУНТИРУЮЩЕЙ ЕМКОСТЬЮ, ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ДЛИНЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО СТЕРЖНЯ

Чтобы получить увеличение добротности резонатора с рос- 'том частоты, резонатор следует построить таким образом, чтобы •его проводимость изменялась пропорционально частоте. Для этого подключим к резонатору шунтирующую емкость, как показано на рис. 2.20. Перестройка резонатора так же, как и в предыдущем слу-

"Рис. 2.20. Резонатор с шунтирующей емкостью і(а) и его эквивалентная

.схема (б)

получим

г5б

•(tg kh + — ) tg kU

\Уоі/

где

^0= ^2+ h',

уОІ — волновая проводимость шлейфов резонатора.

Резонансная частота, как и в предыдущих случаях, определяет­ ся из условия У=0:

Уоі

где С — величина сосредоточенной емкости. Из ф-лы (2.13) видно, что резонансная частота резонатора, как и следовало ожидать, не зависит от места включения подводящей линии.

Добротность резонатора вычислим с помощью ф-л (2.1) и

( 2 . 12) :

Введем обозначения:

где с — скорость света. При фиксированной длине /0 параметр х& пропорционален частоте. Из соотношений (2.15) следует:

ko — (1 — а)*о; /е0 /3= а.ѵ0; —-— = ßxg.

Уох

Выражая kok через х0и ß из условия резонанса (2.13), получим для:

хо

различных значений параметров ß и а, приведен на рис. 2.21. Кри­ вые для а='1 (емкость расположена в месте включения подводя­ щей линии) не имеют максимума, т. е. требование постоянства по­ лосы не выполняется. Если а < 1 , когда емкость расположена над.

5Т

I

г

I

11— C C = U ,o , Р = 4 О

основной линией, существует максимум. Например, при ß = 5; а = 0,2

На рис. 2.22 показана эквивалентная схема четвертьволно­ r вого резонатора с кондуіктивной связью, нагруженного концевой ем­

костью и перестраиваемого изменением этой емкости.

38

59-

Нагруженная добротность резонатора определяется по методи­ ке, которая описана в § 2.2. Найдем проводимость разомкнутого и короткозамкнутого шлейфов. Проводимость разомкнутого шлейфа

Р,ис. 2.22. Резонатор, загруженный сосредоточенной емкостью: а) схема; б) эквивалентная схема

Іг, нагруженного емкостью, на входе подводящей линии запишется ^следующим образом:

'Проводимость короткозамкнутого шлейфа /3 на входе подводящей линии

■ф-лу (2.1) и произведя дифференцирование, получим выражение

.для нагруженной добротности резонатора:

разомкнутого шлейфа длиной 12 нагруженного емкостью С, и ко­ роткозамкнутого шлейфа в месте подключения к основной линии:

Из ур-ния (2.20) так же, как и во всех других ранее рассмотренных случаях, видно, что резонансная частота системы не зависит от

места подключения основной линии, а зависит только от длины Іо и емкости С.

−60