направления распространения волны. Таким образом, силовые линии электрического поля волны Н11 оказываются параллельными поглощающей пластине и широким стенкам прямоугольного волновода I. Мощность СВЧ, переносимая этой волной, интенсивно поглощается пластиной 3, и на вход 1 волна не проходит.
Достоинством вентиля является малая величина намагничивающего поля Н0. Полоса рабочих частот таких устройств составляет 15…20 % от f0. Недостатки: сложность и громоздкость конструкции.
Вентиль на основе эффекта смещения поля
|
Ферритовый вентиль на прямоугольном волноводе включает подмагниченную полем H` ферритовую |
|||||||||
|
пластину 1, на боковой поверхности которой нанесён резистивный поглощающий слой 2 с поверхностным |
|||||||||
|
сопротивлением ρS =100...200 Ом/м. Положение ферритовой пластины фиксируется диэлектрической |
|||||||||
|
прокладкой 3 из материала с невысоким значением εд (кварцевое стекло, стеклотекстолит). Амплитуда СВЧ |
|||||||||
|
электрического поля на поглощающем слое при прямом направлении распространения близка к нулю |
|||||||||
|
(малые потери), при обратном – максимальна (большие потери). Для работы в сантиметровом диапазоне |
|||||||||
|
волн рекомендуют выбирать марки ферритов с достаточно высокой MS ≈ 200...300 кА/м и узкой |
|||||||||
|
резонансной кривой H < 10 кА/м. Допустимо использовать марки с повышенным значением tg ε . Для |
|||||||||
|
широкополосных приборов целесообразно иметь |
p M S 1. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Внутреннее магнитное поле должно обеспечивать выполнение следующего условия: μ 0. Этому |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соответствует такая область: 1 p |
p2 |
1 |
|
p |
2 . Внешнее магнитное поле ввиду слабого |
||||
|
4 |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
размагничивания из-за вертикального расположения пластины ненамного больше внутреннего H i |
. |
||||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Резистивный слой наносится напылением термостойких нихромовых и других плёнок и защищается от |
|||||||||
|
окисления при разогреве термостойкими покрытиями. |
|||||||||
1 – феррит; 2 – постоянный магнит; 3 – |
Геометрические размеры: длина поглощающего слоя (вдоль волновода) 1,5λ , длина согласующих скосов |
|||||||||
на концах феррито-диэлектрического вкладыша 0,5λ , высота ферритовой пластины h 0,7b , |
||||||||||
поглощающая пластина |
||||||||||
толщины 1 ( 0,03...0,04)a, 2 (0,15...0,16)a , 3 < (0,001...0,002 )a. |
||||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ферритовая пластинка 1 размещена параллельно продольной оси волновода на таком расстоянии от его |
||||
|
узкой стенки, где амплитуды продольной и поперечной составляющих магнитного поля равны. В этом |
||||
|
сечении вектор магнитного поля вращается в плоскости Н в направлении, задаваемом направлением |
||||
|
распространения волны. Поперечное подмагничивающее поле Н0 создается постоянным магнитом 2. |
||||
|
Боковая поверхность феррита покрывается радиопоглощающей пленкой 3. Место расположения |
||||
|
ферритовой пластинки выбирают таким, чтобы для падающей волны оно соответствовало правому |
||||
|
вращению вектора Н. В этом случае магнитная проницаемость феррита отрицательная, коэффициент фазы в |
||||
|
феррите становится чисто мнимым и поле волны вытесняется из феррита. Волна распространяется по |
||||
|
волноводу практически без потерь, так как в месте расположения поглощающей пленки образуется ноль |
||||
|
поперечного электрического поля. Отраженная волна в месте расположения феррита имеет положительную |
||||
|
магнитную проницаемость. Для этой волны в месте расположения поглощающей пленки образуется |
||||
|
максимум поперечной составляющей электрического поля, и она интенсивно поглощается этой пленкой. |
||||
|
Вес и габариты вентиля определяются в значительной степени весом и габаритами постоянного магнита, |
||||
|
который создает намагничивающее поле. Поскольку намагничивающее поле в вентиле, основанном на |
||||
|
эффекте смещения поля, меньше резонансного, то вентиль, основанный на эффекте смещения поля, меньше |
||||
|
по весу и более компактен, чем аналогичный резонансный вентиль. Такой вентиль способен работать |
||||
|
только с небольшими мощностями обратной волны. |
|
|
||
Резонансный вентиль |
В прямоугольном волноводе, работающем на волне Н10, существуют две продольные плоскости х = const, |
||||
|
параллельные узкой стенке волновода, где магнитное поле имеет круговую поляризацию. |
||||
|
Эти плоскости находятся на расстоянии x |
a |
arctg |
B |
от узких стенок волновода. |
|
|
|
|||
|
|
|
2a |
||
|
Направление вращения вектора Н в каждом из указанных продольных сечений взаимно противоположно и |
||||
|
зависит от направления движения волны по волноводу. |
||||
|
Намагниченная ферритовая пластинка помещается в волновод в одной из двух указанных плоскостей |
||||
|
перпендикулярно широкой стенке волновода. |
|
|
||
|
Если напряжённость постоянного магнитного поля выбрать равной или близкой к величине Нрез, то феррит |
||||
|
поглощает мощность волны, создающей правополяризованное высокочастотное магнитное поле. |
||||
|
Волна, распространяющаяся вдоль волновода в противоположном направлении (прямая волна), испытывает |
||||
|
малое затухание. |
|
|
||
|
Серийно выпускаемые ферритовые вентили обеспечивают в полосе частот 10…15 % f0 затухание в прямом |
||||
|
направлении не более 0,5 дБ, затухание в обратном направлении 20 дБ и имеют Kcт = 1,08…1,1 (Kcт – |
||||
|
коэффициент стоячей волны). |
|
|
||
|
Резонансный вентиль на прямоугольном волноводе с волной Н10 состоит из ферритовой пластинки 1, |
||||
|
размещенной параллельно продольной оси волновода на таком расстоянии от его узкой стенки, где |
||||
|
амплитуды продольной и поперечной составляющих магнитного поля равны. В этом сечении вектор |
||||
1 – феррит; 2 – постоянный магнит; 3 – |
магнитного поля вращается в плоскости Н в направлении, задаваемом направлением распространения |
||||
волны. Поперечное подмагничивающее поле Н0 создается постоянным магнитом 2. |
|||||
|
|
диэлектрическая пластина |
В основу работы такого вентиля положен эффект ферромагнитного резонанса. Для падающей волны в месте |
|
расположения феррита вектор магнитного поля вращается против часовой стрелки, что соответствует волне |
|
левого вращения. Такая волна распространяется по волноводу с ферритом практически без потерь. |
|
Отраженная волна в месте расположения феррита имеет вектор магнитного поля правого вращения и |
|
интенсивно поглощается ферритом. Диэлектрическая пластина 3 предназначена для расширения рабочей |
|
полосы частот вентиля. Недостатком резонансного вентиля является большая напряженность |
|
подмагничивающего поля Н0 и, следовательно, большой вес постоянного магнита и самого вентиля. |
Чтобы ослабить зависимость структуры поля от частоты, в волновод вводят пластину из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью и весьма малыми потерями, а тонкую ферритовую пластину наклеивают либо непосредственно на диэлектрик, либо на широкую стенку волновода рядом с диэлектриком. При этом значительная часть энергии, распространяющейся по волноводу, проходит через область, где размещена диэлектрическая пластина.
Благодаря этому зависимость структуры поля от частоты, характерная для обычного волновода, становится менее выраженной.
Одновременно возрастает концентрация энергии электромагнитной волны в ферритовой пластине, расположенной рядом с диэлектриком, что приводит к существенному увеличению вентильного эффекта. Толщина диэлектрической пластины, ее положение в волноводе и параметры диэлектрика подбираются таким образом, чтобы у той грани диэлектрика, где расположен феррит, поляризация магнитного поля была близка к круговой.
Такие вентили с относительно громоздкой магнитной системой рекомендуется использовать в трактах с уровнем средней мощности до 100 кВт.
Коаксиальное исполнение Резонансный вентиль Резонансный ферритовый вентиль на коаксиальном волноводе является широкополосным прибором со
сравнительно малыми габаритами. Основной тип волны – поперечная Т-волна. Областей с круговой поляризацией СВЧ магнитного поля в обычных условиях в таком волноводе нет. Для их создания частично заполняют коаксиальный волновод диэлектриком с большой проницаемостью εд = 10...20. Круговая
поляризация на поверхности диэлектрика возникает, если |
|
|
|
. |
|
2 |
D d |
||||
|
|
|
Диаметры проводников волновода должны также обеспечивать заданное волновое сопротивление. Марка феррита выбирается, как указывалось выше.
Толщина вкладыша для стандартных размеров волноводов (16 х 6,95 мм, 16 х 4,6 мм, 10 х 4,34 мм) t 1...2
мм, длина lф 0,5 .
Диэлектрический вкладыш имеет согласующие полуконусы длиной также ~ 0,5λ .
Выполняется из алюминооксидной керамики. Требуемую εд при заданных D, d, t и определяют из
соотношения |
t |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
Д Ф |
tg 4,94 D d |
|
|
|
|
2 |
|
Ф 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 – диэлектрический вкладыш; 2 – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ферритовые пластины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
2 N x N y 2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
N x |
N y |
, |
|||||||
Требуемое внешнее магнитное поле |
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
S |
N |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
S |
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
РЕЗ |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где Nx Ny Nz = 1 – размагничивающие факторы ферритовых пластин по осям, выбранным так, что ось y совпадает с направлением распространения СВЧ энергии (с осью волновода), ось z – с направлением постоянного магнитного поля.
Для длинных пластин с размерами t lФ 2mN y 0 , Nz |
t |
, N y |
2m |
. |
t 2m |
|
|||
|
|
t 2m |
||
Такие вентили при использовании иттриевых феррогранатов имеют в диапазоне ДЦМ
L обр 20 дБ, B 20, Kcт ≤ 1,3 в двухкратной полосе частот. Для коаксиальных ФВ Спр = 1…1,5 дБ, Собр = 15…20 дБ.
Полосковое исполнение Вентиль на основе эффекта смещения поля Вентили на полосковом волноводе на смещении поля очень широкополосны (достигаются перекрытия
частот от 3:1 до 5:1), малогабаритны (особенно на несимметричном полосковом волноводе). Используют сложные феррито-диэлектрические вкладыши, в которых диэлектрический материал с большими потерями (ферроэпоксид и др.) является поглотителем.
Для достижения широкополосности ферритовая часть вкладыша набирается из феррита трёх-четырёх разных марок.
Слой, прилегающий к поглотителю, должен иметь самую высокую M S max 0,8 max 
, где νmax – максимальная частота рабочего диапазона; в дальнем от поглотителя слое используют материал с
|
M S min 1,3 min . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ширина полоскового проводника на ферритовом заполнении, мм: WФ |
250 |
|
, νmax в ГГц. |
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
max |
Ф |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ширина проводника на поглотителе Wд 0,03 0,05 ·λ . Длина поглотителя... lп 3Wд. |
||||||||
|
Требуемое внутреннее относительное подмагничивание 1, а внешнее поле He MS. |
||||||||
|
Согласование вентиля обеспечивается многоступенчатыми или плавными переходами, длина и радиус |
||||||||
|
кривизны последних |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
|
|
|
||
|
|
||||||||
Резонансный вентиль |
1 – заземлённые пластины; 2 – ферритовые вкладыши; 3 – центральный проводник с гребенчатой |
||||||||
|
замедляющей структурой |
|
|
|
|
|
|||
|
Резонансный ферритовый вентиль на полосковом волноводе используют для создания области с круговой |
||||||||
|
поляризацией СВЧ магнитного поля гребенчатую замедляющую структуру на центральном полосковом |
||||||||
|
проводнике, образованную рядом разомкнутых шлейфов, длины которых на основной части вентиля l |
||||||||
|
0,125 , а на концах вентиля для широкополосного согласования l плавно уменьшается. |
||||||||
|
Выбор размеров: длина ферритовой пластины lФ 0,5 0,7 , h 0,1 0,2 D , |
0,05 0,1 , 1 2 , |
|||||||
|
3 D , 1 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выбор марки феррита производят так же, как и для волноводных вентилей, внешнее подмагничивающее |
||||||||
|
поле H e H i M S , H i |
. |
|
|
|
|
|
||
|
Эти вентили широкополосны, имеют относительно малые габариты и хорошие условия для отвода тепла от |
||||||||
|
ферритовых вкладышей, могут работать на высоком уровне мощности. |
|
|
|
|
|
|||
Фильтры с непосредственными, четвертьволновыми и электромагнитными связями
|
Фильтры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Условное графическое обозначение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
общее обозначение |
|
|
|
|
|
|
|
ФВЧ |
|
|
|
|
|
ФНЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полосовой |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
режекторный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Назначение |
Фильтрами СВЧ называют пассивные четырехполюсники, осуществляющие передачу колебаний СВЧ в |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
согласованную нагрузку в соответствии с заданной частотной характеристикой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Основные характеристики |
Указывается частотная полоса пропускания, в пределах которой вносимое ослабление фильтра |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
L 20lg |
|
|
|
не должно превышать некоторого допустимого значения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
s21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
Вне полосы пропускания - в полосе запирания - вносимое ослабление должно быть как можно большим. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Иногда оговаривается также частотное поведение фазы коэффициента передачи фильтра (обычно в виде |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
отклонений от линейного закона при изменении частоты в полосе пропускания). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Фильтры с максимально плоской |
Потери возрастают монотонно по мере отклонения частоты от средней частоты |
f0 |
|
полосы пропускания. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
характеристикой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n |
|
|
f |
|
|
f |
|
|
|
|
f |
|
|
f |
|
|
||||||
|
Величина затухания, вносимого фильтром: B |
10lg 1 h2 |
|
|
|
, где |
|
|
|
|
|
|
0 |
, |
1 |
|
|
1 |
|
|
0 |
, |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
f0 |
|
|
f |
|
|
f0 |
|
f1 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
h2 10BФ max 10 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
lg |
10BФ min 10 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число резонаторов n |
10BФ max 10 |
1 |
, где |
|
|
|
f2 |
|
|
f0 |
; |
B |
|
и B |
- величины затухания в |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f0 |
|
|
f2 |
|
Ф max |
Ф min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
децибелах. |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Необходимые нагруженные добротности резонаторов в фильтре с максимально плоской |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
2m 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
характеристикой определяются из равенства Qm |
|
h |
|
sin |
, где m |
-порядковый номер резонатора |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
2n |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(m= l, 2, 3, …, n). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фильтры с чебышевской характеристикой. Зависимость величины потерь от частоты в полосе пропускания носит осциллирующий характер.
|
|
|
|
|
|
|
|
arch |
|
10BФ min |
10 |
1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h2 |
T 2 |
|
|
|
, n |
|
10BФ max 10 1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Величина затухания, вносимого фильтром: B |
10lg 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
Ф |
|
|
n |
|
1 |
|
|
|
arch |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
где Tn x - полином Чебышева первого рода n-го порядка.
|
Нагруженные добротности Qm проходных резонаторов в фильтре определяются величиной модуля |
|||||||||||||||||||||||||
|
коэффициента отражения |
|
s11 |
|
от неоднородностей, включенных на входе и выходе резонатора |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0 L |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
s |
|
|
A |
1 A2 |
где A |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
11 |
|
m |
m |
|
m |
|
|
m |
|
|
2Qm |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KP |
|
|
|
|
|
|
|
Чем выше необходимая нагруженная добротность Qm резонатора, тем ближе величина |
|
s11 |
|
m к единице. |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
При расчете модуля коэффициента отражения обычно пренебрегают тем, что длина резонатора L на |
|||||||||||||||||||||||||
|
резонансной частоте несколько отличается от полуволновой. Поэтому можно положить 0 L |
|||||||||||||||||||||||||
Фильтры, выполненные на резонаторах на |
Требуемые значения коэффициента отражения могут быть реализованы с помощью различных |
|||||||||||||||||||||||||
отражающих препятствиях в линии передачи |
неоднородностей: диафрагм, штырей и др. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
B волноводных фильтрах чаще всего применяют резонаторы, на входе и выходе которых включены |
|||||||||||||||||||||||||
|
решетки из индуктивных штырей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Диаметр штырей в решетке можно определить либо по экспериментально снятым зависимостям |
|||||||||||||||||||||||||
|
величины |
|
s11 |
|
от числа штырей и их диаметра, либо используя результаты теоретического анализа. |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
При величине нагруженной добротности резонатора до 25-35 решетку целесообразно выполнить из |
|||||||||||||||||||||||||
|
двух штырей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
В резонаторах с нагруженной добротностью от 40 до 80 решетка обычно выполняется из трех стержней. |
|||||||||||||||||||||||||
|
При более высоких добротностях число стержней в решетках соответственно увеличивается. |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
Фильтры с четвертьволновыми связями |
При построении фильтра с четвертьволновыми связями все последовательные контуры прототипа |
|
заменяют полуволновыми отрезками линии передачи, шунтированными в серединах параллельными |
|
резонансными контурами. |
|
Полная эквивалентность построенного таким образом фильтра и его прототипа имеет место лишь на |
|
средней частоте, где длина отрезков линий связи равна точно B 4 . |
|
Вместо разделительных четвертьволновых отрезков можно использовать и другие четырехполюсники, |
|
называемые инверторами, имеющие частотно-стабильные матрицы передачи, совпадающие с матрицей |
|
передачи четвертьволнового трансформатора. |
|
При неширокой относительной полосе частот пропускания фильтра (около 5-7%) частотной |
|
зависимостью соединяющих линий можно пренебречь. |
|
Для фильтров с более широкой полосой частот возможна коррекция внешних добротностей контуров, |
|
компенсирующая частотную зависимость электрической длины отрезков связи. |
|
В качестве колебательных контуров в фильтрах с четвертьволновыми связями можно применять |
|
параллельные шлейфы, резонансные диафрагмы, а также объемные резонаторы различных типов. |
|
Особенно удобным является проходной резонатор с двумя отражающими препятствиями. |
Волноводное исполнение Фильтры с непосредственными связями Общий вид трехзвенного волноводного полосового фильтра с четвертьволновыми отрезками и его
эквивалентная схема.
Фильтр выполняется в виде отрезка волновода, в котором на определенных расстояниях друг от друга впаиваются решетки из индуктивных штырей.
Внутренняя поверхность волновода часто покрывается тонким слоем серебра.
Из-за неизбежных при изготовлении погрешностей резонансные частоты резонаторов в фильтре могут отличаться от требуемой. Поэтому для настройки в каждый резонатор вводится настроечный емкостный штырь, ввинчиваемый через широкую стенку волновода.
Особое внимание при изготовлении резонаторов следует обращать на идентичность решеток из штырей на входе и выходе резонатора. Даже небольшое различие в коэффициентах отражения от каждой из решеток приводит к тому, что коэффициент передачи проходного резонатора на резонансной частоте становится меньше единицы. Это может привести к существенному увеличению потерь в фильтре. Радиусы штырей в обеих решетках должны отличаться не более чем на 2-3%, а расстояния между штырями в решетках должны выдерживаться с точностью до 0,4%.
Режекторный фильтр В качестве основного элемента волноводных режекторных фильтров широко применяют объемный резонатор, подключенный к основному волноводу, как показано на рис. Из рисунка видно, что в резонаторе параллельно индуктивной стержневой диафрагме включен короткозамкнутый отрезок линии длиной l .
Резонанс имеет место, когда входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии противоположно по знаку и равно по величине реактивному сопротивлению индуктивной диафрагмы. Поэтому короткозамкнутый отрезок должен обладать емкостным входным сопротивлением и соответственно его длина больше четверти, но меньше полуволны В волноводе. Если на входе резонатора включено емкостное реактивное сопротивление (например, емкостная диафрагма), длина короткозамкнутого отрезка не превышает четверти волны в волноводе.
На резонансной частоте, если пренебречь потерями в резонаторе, входное сопротивление резонатора как параллельного контура равно бесконечности, что соответствует разрыву цепи между сечениями аа и бб основного волновода.
В результате происходит практически полное отражение энергии. Путем включения подобных
резонаторов на расстоянии, равном n (n=0, 1, 2, 3, ...), можно получить многозвенный
4 2
режекторный фильтр.
Фильтр, поглощающий энергию колебаний, |
Энергия гармоник поглощается в неотражающей нагрузке. |
лежащих выше полосы пропускания системы |
Плечи 2 и 3 двойного волноводного тройника заканчиваются отрезками |
|
прямоугольных волноводов с уменьшенным размером широкой стенки. |
|
Переход от волновода с нормальным размером к суженному волноводу |
|
осуществляется плавно. |
|
Размер широкой стенки суженных волноводов выбирается таким образом, чтобы |
|
на частотах, лежащих вблизи несущей, они были предельными. |
|
Энергия, поступающая от передатчика в двойной волноводный тройник, делится |
|
поровну между боковыми плечами тройника и поступает на вход суженных |
|
волноводов. |
|
Все колебания, частота которых выше критической частоты суженных |
|
волноводов, свободно проходят через плавные переходы в эти волноводы и |
|
рассеиваются в поглощающих нагрузках. |
|
Для колебаний, частота которых соответствует рабочей полосе передатчика, |
|
суженные волноводы являются предельными, и поэтому вся энергия этих |
|
колебаний отражается обратно к разветвлению волноводов. |
|
Так как отрезок волновода с нормальным сечением в плече 3 длиннее |
|
соответствующего отрезка волновода в плече 4 на четверть длины волны, то |
|
отраженные волны оказываются противофазными и возбуждают плечо 4 |
|
двойного волноводного тройника. |
|
Следовательно, энергия колебаний, частоты которых ниже критической частоты |
|
предельных волноводов, поступает из передатчика (плечо 1) в антенну (плечо 4), |
|
а все колебания с более высокой частотой поглощаются. |
Фильтр, поглощающий энергию колебаний, |
Размер широкой стенки суженных волноводов выбирается так, чтобы через них |
лежащих ниже полосы пропускания системы |
свободно проходили все колебания в пределах полосы пропускания и |
|
отражались все колебания, частота которых ниже частот основного спектра |
|
сигнала. |
|
В результате все низкочастотные паразитные колебания после отражения от |
|
входов предельных волноводов поступят в поглощающую нагрузку, а полезный |
|
сигнал беспрепятственно пройдет к антенне. |
|
Вместо щелевого моста в фильтрах может быть использован любой другой мост. |
|
|