Коаксиальное исполнение |
|
|
|
Фильтры с непосредственными связями |
|
|
|
|
|
а) |
б) |
а) |
|
Одним из наиболее распространенных приемов является замена сосредоточенных емкостей, |
|
|
индуктивностей и колебательных контуров отрезками линий передачи. |
||
|
|
||
|
|
Этот способ особенно удобен, если относительная полоса пропускаемых частот фильтра превышает 5%. |
|
|
|
Вполне очевидна замена сосредоточенных индуктивности и емкости укороченными l B 4 отрезками |
|
|
|
линий передачи при коротком замыкании или холостом ходе на конце. |
|
|
|
Примеры подобных конструкций в коаксиальном тракте и соответствующие схемы замещения показаны |
|
|
|
на рисунках. |
|
|
б) |
|
|
ФНЧ с непосредственными связями |
|
|
|
|
|
|
Эквивалентная схема |
|
|
Изменяя соотношения радиусов внешнего и внутреннего проводников коаксиала можно конструировать |
|
|
|
последовательное соединение емкостных и индуктивных нагрузок. Поэтому ФНЧ в коаксиальном |
|
|
|
исполнении обычно имеет внутренний проводник коаксиала в виде последовательности тонких и |
|
|
|
толстых участков. |
|
ФВЧ |
|
|
|
|
|
|
Эквивалентная схема |
|
|
|
|
Полосковое исполнение ППФ с электромагнитными связями На рисунке слева не показаны диэлектрические пластины, поддерживающие внутренние полоски.
Область связи в таких конструкциях существенно длиннее, что позволяет оставлять достаточно большой зазор между проводниками.
В фильтре резонаторами являются разомкнутые на обоих концах полуволновые отрезки линии. Связь между резонаторами осуществляется за счет электромагнитного поля.
Топология фильтра ФНЧ с непосредственными связями
Эквивалентная схема
Аналог коаксиального исполнения
Полосно-заграждающий фильтр
Эквивалентная схема
Перестраиваемые фильтры |
Используется явление ферромагнитного резонанса. |
|
Размеры фильтров на резонаторах не связаны с длиной волны колебаний, собственная частота изменяется в широких |
|
пределах изменением величины поля подмагничивания. |
|
Такие резонаторы широко применяются в свип-генераторах, в управляемых СВЧ фильтрах и т.д. |
|
Обычно ферритовый резонатор представляет собой либо шар, либо шайбу диаметром 0,5÷1,5 мм. |
|
Высота шайбы существенно меньше диаметра. |
|
Собственная добротность резонатора определяется шириной ферромагнитного резонанса и напряженностью |
|
внутреннего магнитного поля Q H 0 2 H . |
|
Частотные характеристики коэффициентов передачи таких фильтров носят ярко выраженный резонансный характер, |
|
причем резонансные частоты могут быть изменены в значительных пределах при регулировании поля |
|
подмагничивания. |
|
Для улучшения формы частотной характеристики в фильтрах может быть использовано несколько близко |
|
расположенных ферритовых резонаторов со специально подобранной степенью взаимной связи между ними. |
|
Фильтр на индуктивных петлях представляет собой ферритовую сферу, помещенную в центре двух |
|
перекрещивающихся рамок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. |
|
Магнитные поля этих рамок взаимно ортогональны и передача сигналов между рамками отсутствует. |
|
При гиромагнитном резонансе намагниченной ферритовой сферы под воздействием на нее магнитного поля первой |
|
рамки H x появляется составляющая магнитной индукции H y возбуждающая вторую рамку, и сигнал проходит на |
|
выход фильтра. |
о
В фильтре на прямоугольных волноводах два соосных волновода развернуты один относительно другого на 90 и имеют отверстие в общей торцевой стенке.
В центре отверстия располагается подмагничиваемая ферритовая сфера.
На частотах в стороне от резонанса волноводы развязаны из-за ортогональности поляризаций их основных волн. При гиромагнитном резонансе между волноводами возникает связь вследствие появления недиагональных компонентов тензора магнитной проницаемости феррита и сигнал СВЧ проходит от одного волновода в другой.
Вфильтре на симметричных полосковых линиях передачи две перекрещивающиеся линии при отсутствии гиромагнитного резонанса практически развязаны между собой, поскольку связи через магнитное поле нет, а электрическое поле в месте пересечения линий минимально, так как точка пересечения расположена на расстоянии λв/4 от разомкнутых концов полосковых линий.
Вточке пересечения между проводниками полосковых линий помещена ферритовая сфера, намагничиваемая управляющим полем, перпендикулярным плоскости основания полосковой платы.
При гиромагнитном резонансе появляется составляющая поля магнитной индукции, продольная возбуждающей линии передачи, что приводит к возникновению сильной связи между полосковыми линиями.
Делители мощности.
Согласованные делители мощности Согласованные делители мощности
Условное графическое
обозначение
|
На два направления; |
На четыре направления |
||||||||||||
|
Цифры указывают соотношение делимых мощностей |
|
|
|
|
|
||||||||
Назначение |
Делители мощности применяются для разделения сигнала, проходящего по линии передачи на несколько одинаковых |
|||||||||||||
|
(синфазный делитель) или со сдвигом фазы сигнала на 90° (квадратурные делители). При этом форма сигнала должна оставаться |
|||||||||||||
|
неизменной. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные |
Основные параметры, с помощью которых можно; оценивать и сравнивать делители: |
|||||||||||||
характеристики |
-коэффициент стоячей волны (КСВ) K |
CT i |
|
1 |
|
sii |
|
|
где s -коэффициент отражения 1-го плеча делителя; |
|||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
1 |
sii |
|
|
ii |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
-амплитуда коэффициента передачи из плеча j в плечо i, в децибелах: Lij |
20 lg |
|
sij |
|
, где sij - коэффициент передачи из плеча j в |
||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
плечо i. Если индексы i, j относятся к выходным плечам делителя, то Lij |
называют развязкой между плечами i, j; |
||||||||||||
-аргумент коэффициента передачи (фаза коэффициента передачи) ij arg sij arctg Im sij / Re sij
Так как длина канала делителя может быть значительной, то для оценки фазочастотной характеристики (ФЧХ) делителя можно пользоваться параметром, определенным как разность между аргументом коэффициента передачи канала делителя и
аргументом коэффициента передачи линии, длина которой равна длине канала делителя, ij ЛИНИИ $
-неравномерность амплитуды коэффициента передачи в полосе частот L 20 lg |
|
|
sij |
|
min |
, |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
sij |
|
|
max |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
где sij min и sij max - минимальное и максимальное значения амплитуды коэффициента передачи в диапазоне частот; -коэффициент деления по напряжению K Д U s12 
s13
- коэффициент деления по мощности K Д P K Д2 U
-распределение мощности между каналами многоканальной СРМ; -линейность ФЧХ коэффициента передачи канала делителя.
Для количественной оценки линейности ФЧХ используют параметр , показывающий абсолютное отклонение ФЧХ от линейной.
Полосковое исполнение Кольцевой делитель мощности Такой делитель мощности относится к классу реактивных шестиполюсников и поэтому
не может быть одновременно согласовано по всем трем входам. Чтобы обеспечить согласование и развязку входов 2 и 3 в его схему вводят поглощающий элемент (резистор R).
Выходные плечи 2 и 3 оказываются изолированными друг от друга. Доля просочившейся из плеча 2 в 3 мощности из-за неточности изготовления делителя не превышает –20 дБ в полосе частот 30…35 %.
В делителе используются параллельное разветвление линий передачи на входе 1, два
|
четвертьволновых трансформатора с волновыми сопротивлениями Z B |
|
|
|
2 |
и |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
поглотитель в виде сосредоточенного резистора с нормированным сопротивлением |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
R=2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Качество работы делителя мощности в полосе частот оценивается КБВ каждого входа |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Ki |
и коэффициентами передачи (дБ) Lij 20 lg |
|
sij |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Рабочая полоса частот составляет примерно ±20%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Делитель с неравным коэффициентом деления |
Топология микрополоcкового направленного делителя с неравным делением мощности |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
в выходных плечах |
k 2 P |
P |
|
|
(P2>P3). Неравномерность деления обеспечивается |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разными значениями волновых сопротивления W2 и W3. Линии с волновыми |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
сопротивлениями W1, W4, W5 являются четвертьволновыми согласующими |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
трансформаторами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Длины участков линий с волновыми сопротивлениямиW1, W2, W3, W4, W5 равны 4 . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Возможные варианты согласованных кольцевых делителей мощности на неравные |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
части показаны на рисунках ниже. Расчетные соотношения для элементов идеальных |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
матриц рассеяния делителей мощности на центральной частоте: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s s |
|
|
s |
|
|
0 , s |
|
j t |
, |
s |
|
|
j 1 t 2 , t |
|
|
|
|
Z |
|
, 1 t 2 |
|
|
|
|
|
Z |
|
, |
||||||||||||||||||
|
22 |
33 |
|
21 |
31 |
Z |
B3 |
B1 |
Z |
B4 |
|
|
B2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
R Z B4 |
Z B2 |
Z B1 Z B2 для делителя с измененными волновыми сопротивлениями |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
выходных линий (а); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
s s |
|
|
s |
|
|
0 , s |
|
t , |
s |
|
|
1 t 2 , t |
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
1 t 2 |
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
22 |
33 |
|
21 |
31 |
Z |
B3 |
B1 |
|
Z |
B |
4 |
|
|
B2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
R Z B2 |
4 |
Z B2 |
2 |
Z B1 Z B2 для делителя с согласующими трансформаторами в выходных |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
линиях (б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а |
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Волноводные тройники |
|
Н-плоскостной Т-тройник |
Предположим, что волна Н10 возбуждена в плече 1 Н-плоскостного Т-тройника. |
|
Распространяясь вдоль, прямоугольного волновода, образующего плечо 1, волна поступает в область |
|
разветвления волноводов. |
|
Электромагнитная волна, выходящая из плеча 1, в области разветвления имеет структуру, близкую к |
|
структуре цилиндрической ТЕМ-волны свободного пространства. |
|
Распространяющаяся в разветвлении цилиндрическая волна встречает на своем пути металлическую |
|
стенку CDGF и отражается от нее. |
|
Отраженная волна вместе с падающей возбуждает проходящие в плечи 2 и 3 волны Н10 Кроме того, |
|
часть отраженной цилиндрической волны возбуждает отраженную волну Н10 в плече 1. |
|
Плечи 2 и 3 возбуждаются синфазно, а так как они расположены симметрично относительно плеча 1, то |
|
амплитуды синфазных волн Н10 равны. |
|
Чтобы устранить отраженную в плечо 1 волну, в Н-тройник вводят индуктивный штырь, как показано |
|
на рис. |
|
Цилиндрическая волна прежде, чем отразиться от стенки CDGF, частично отражается от штыря, и в |
|
плече 1 образуются две отраженные волны Н10: одна от штыря, а другая - от металлической стенки. |
|
Диаметр штыря подбирается так, чтобы амплитуды обеих отраженных волн были одинаковыми. |
|
Если расстояние t между центром штыря и стенкой CDGF близко к 4 то волна, отраженная от |
металлической стенки, запаздывает по отношению к волне, отраженной от штыря, на 180°, т. е. эти волны гасят друг друга.
Так как амплитуда отраженной волны в плече 1 равна нулю, то в согласованном таким образом Н- тройнике энергия, поступившая в плечо 1, делится точно поровну между плечами 2 и 3.
При этом в соответствии с принципом взаимности должно иметь место и обратное явление: если в плечах 2 и 3 одновременно возбудить синфазные волны Н10 равной амплитуды, то энергия этих волн сложится и поступит в плечо 1.
Плечи 1 и 3 в Н-тройнике расположены несимметрично относительно плеча 2, как и плечи 1 и 2 относительно плеча 3. Поэтому энергия, ответвляющаяся в плечо 1, при возбуждении плеча 2 не равна энергии, ответвляющейся в плечо 3.
Неравное деление мощности между плечами имеет место также при возбуждении плеча 3. Кроме того, Матрица рассеяния Н-тройник, согласованный со стороны плеча 1, рассогласован со стороны плеч 2 и 3.
Н-плоскостной Y-тройник
Эквивалентная схема 
Матрица рассеяния
Е-плоскостной Т-тройник
Матрица рассеяния Плечи 2 и 3 возбуждаются в противофазе.
Вплечах 2 и 3 тройника возбуждаются противофазные волны Н10, когда энергия поступает в плечо 1. Так как плечи 2 и 3 расположены симметрично относительно плеча 1, то амплитуды противофазных волн равны.
Часть входящей электромагнитной волны, отразившись от металлической плоскости C'D'G'F, возбуждает в плече 1 отраженную волну.
Чтобы скомпенсировать эту отраженную волну, в плече 1создают еще одну отраженную волну, используя симметричную или несимметричную индуктивную диафрагму.
При этом энергия, поступающая в плечо 1, поровну делится между плечами 2 и 3.
Всоответствии с принципом взаимности должно иметь место и обратное явление: если в плечах 2 и 3
рассматриваемого Е-тройника одновременно возбудить противофазные волны Н10 равной амплитуды, то их энергия суммируется и поступает в плечо 1.
Е-плоскостной Y-тройник
Эквивалентная схема 
Матрица рассеяния
|
|
|
Волноводный тройник из волноводов |
На рис. показан волноводный Т-тройник, образованный отрезками прямоугольного и круглого волноводов, |
|
разных типов |
работающих на низшем типе волны. |
|
|
При возбуждении волны Н10 в плече 1 в области разветвления возникает структура электрического поля, |
|
|
показанная на рис. а. |
|
|
Поскольку плечи 2 и 3 расположены симметрично относительно плеча 1, в круглом волноводе возбуждаются |
|
|
две волны Н11, бегущие в разные стороны от разветвления и имеющие одинаковые амплитуды и фазы векторов |
|
|
Е2 на одинаковом расстоянии от плоскости симметрии. При этом плоскость поляризации векторов Е2 волн Н11 в |
|
|
центре круглого волновода перпендикулярна продольной оси волновода плеча 1. |
|
|
Подобный тройник можно использовать в качестве трансформатора волны Н10 прямоугольного волновода в |
|
|
волну Н11 круглого, если в плече 3 установить коротко замыкающую пластину на расстоянии Λ/4 от центра |
|
|
разветвления, где Λ-длина волны Н11 в круглом волноводе. |
|
|
Если, в тройнике возбудить в плече 2 волну Н11, для которой вектор Е1 в центре волновода параллелен |
|
|
продольной оси прямоугольного волновода, то мощность, переносимая этой волной, в плечо 1 ответвляться не |
|
|
будет. Примерная картина силовых линий вектора электрического поля, возникающего при этом в области |
|
|
разветвления волноводов, показана на рис., б. В этом случае волна Н10 в плече 1 не возбуждается. Поэтому |
|
|
мощность с входа 2 проходит в плечо 3 и частично отражается от области разветвления в плечо 2. |
|
|
Для устранения отражений в щели в месте сочленения волноводов располагают тонкие металлические провода. |
|
|
Этим уменьшается влияние щели на распространение волны Н11 с поляризацией Е1 .В то же время провода |
|
|
практически не влияют на передачу мощности из прямоугольного волновода в круглый, поскольку вектор Е как |
|
|
в прямоугольном волноводе, так и в круглом (для поляризации Е2) перпендикулярен им. |
|
Коаксиальное исполнение |
|
|
|
|
Матрица рассеяния |
|
|
|
Полосковое исполнение |
|
|
|
|
Матрица рассеяния |