Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
___________________________________________________________________
Факультет
«Радио и телевидение»
Кафедра
«Техническая электродинамика и антенны (ТЭДиА)»
Лабораторная работа №6 по дисциплине «Устройства СВЧ и линии передачи» «Исследование волноводного разделительно-полосового фильтра»
Выполнил |
|
|
Студент группы БРВ2201 |
_________________________ |
Велит А.И. |
Проверила |
|
|
Старший преподаватель |
_________________________ |
Коростелева В.П. |
Москва 2024
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целями выполняемой лабораторной работы являются: изучение принципа работы разделительно-полосового фильтра; измерение параметров образца фильтра.
2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Исходные данные
f_p 3659 MHz – левая граничная частота полосы пропускания;
fp 3679 MHz |
– правая граничная частота полосы пропускания; |
f_s 3650 MHz |
–левая граничная частота полосы заграждения; |
fs 3688 MHz |
– правая граничная частота полосы заграждения; |
Γmax 0.03 |
– максимальный допуск на рассогласование в полосе |
|
пропускания; |
bs 30 |
– требуемое затухание в области заграждения, дБ; |
a 5.8 cm – ширина волновода.
2.2.Расчёт параметров фильтра
2.2.1.Расчёт числа звеньев
f0 f_p+ fp-2f_p =3669.000 MHz– средняя частота рабочей полосы частот;
Ls 10bs ÷10=1000.000 |
– затухание в полосе заграждения в разах; |
|||||||
Lp |
|
|
1 |
|
2 |
=1.001 |
– затухание в полосе пропускания в разах; |
|
|
1-Γmax |
|
|
|||||
ηs |
fs |
- |
f0 |
=0.010 |
– служебная величина для полосы |
|||
f0 |
fs |
|||||||
|
|
|
|
|
заграждения; |
|||
ηp |
fp |
- |
f0 |
=0.005 |
|
|
|
– служебная величина для полосы |
|||
f0 |
fp |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пропускания; |
||
|
|
|
|
|
|
Ls-1 |
|
|
|
||
|
|
|
log |
Lp-1 |
,10 |
|
|||||
n ceil |
|
|
|
|
|
=11.000– число звеньев в фильтре. |
|||||
|
|
|
ηs |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
log |
ηp |
,10 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.2. Расчёт добротности всего фильтра
Δf0 fp-2f_p =10.000 MHz– половина ширины полосы пропускания;
Qf |
n |
Γmax |
f0 |
=133.375 |
– добротность всего фильтра; |
||
|
Δf0 |
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2.2.3. Расчёт нагруженной добротности каждого звена |
|||||||
Qmi-1 |
|
|
2 i-1 |
|
– нагруженная добротность i-ого звена; |
||
Qf sin |
|
π |
|||||
|
|
|
|
|
2 n |
|
|
|
|
|
18.981 |
|
|
|
|
|
|
|
55.406 |
|
|
|
|
87.342
112.202
127.972
Qm= 133.375 |
– нагруженные добротности звеньев с 1-ого по 11-е. |
||
|
127.972 |
|
|
|
112.202 |
|
|
|
87.342 |
|
|
|
55.406 |
|
|
|
|
|
|
|
18.981 |
|
|
2.2.4. Расчёт начальной добротности каждого звена
λ0 c÷f0=81.710 mm |
– длина волны на частоте f0; |
λ0w λ0÷ 1- λ0÷(2 a) 2 =115.115 mm |
– длина волны в волноводе; |
Q0m_1 Qm |
|
|
λ0 |
|
2 |
|
|
π |
– начальная добротность первого звена; |
|||
|
|
|
|
- |
|
|
||||||
|
|
0 |
λ0w |
|
|
|
|
8 |
|
|||
Q0m_11 Qm |
|
|
λ0 |
|
2 |
- |
π |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
– начальная добротность последнего звена; |
||||
|
|
|
n |
-1 |
λ0w |
|
|
|
|
8 |
||
Q0m |
Qm |
λ0 |
2 |
- |
π |
– начальная добротность всех остальных звеньев; |
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
i-1 |
|
i |
|
λ0w |
|
|
|
4 |
|
||
9.17127.130
43.220
55.745
63.691
Q0m |
=66.413 |
– начальные добротности всех звеньев фильтра; |
||
|
|
63.691 |
|
|
|
|
55.745 |
|
|
|
|
43.220 |
|
|
|
|
27.130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.171 |
|
|
2.2.5. Расчёт индуктивной проводимости индуктивных стержней
l a3 =19.333 mm – расстояние от боковой стенки волновода;
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B Qom |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
10 |
18 |
26 |
34 |
42 |
50 |
58 |
66 |
74 |
82 |
90 |
98 106114122130138146154162170178186194202210 |
Qom
Рисунок 2.2.5.1 – График для определения индуктивной проводимости
Тогда индуктивная проводимость стержней для каждой секции будет равна:
2.834 |
|
||
5.880 |
|
||
|
7.299 |
|
|
|
8.374 |
|
|
|
|
|
|
|
8.965 |
|
|
B=9.154 |
– индуктивная проводимость стержней для |
||
|
8.965 |
|
каждой секции фильтра; |
|
8.374 |
|
|
|
7.299 |
|
|
|
5.880 |
|
|
|
|
|
|
|
2.834 |
|
|
2.2.6 Расчёт диаметров индуктивных стержней
Λ=2.000 – отношение длины волны в волноводе к ширине волновода;
0.093
0.085
0.077
0.069
0.061
0.053
0.045
0.037 a20 Ba
0.029
0.021
0.013
0.005
2.000 |
3.000 |
4.000 |
5.000 |
6.000 |
7.000 |
8.000 |
9.000 |
10.000 |
Ba
Рисунок 2.2.6.1 – График для определения диаметров индуктивных стержней
Диаметры индуктивных стержней для каждого звена фильтра:
αT =[0.774 2.541 3.363 3.987 4.330 4.439 4.330 3.987 3.363 2.541 0.774] mm
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Рисунок 3.1 – Функциональная схема исследуемой установки
3.1. Исследование затухания в звеньях фильтра
Необходимо было измерить значения затухания в каждом из звеньев фильтра на разных частотах. Результаты измерения представлены ниже, в таблице 3.1.1.
Таблица 3.1.1 – Результаты измерения затухания звеньев фильтра
f n1 n2 n3
(MHz) (dB) (dB) (dB)
3659 |
2 |
46 |
60 |
3669 |
2 |
47 |
60 |
3679 |
2 |
42 |
60 |
3717 |
8 |
2 |
60 |
3727 |
13 |
2 |
60 |
3737 |
21.5 |
2 |
60 |
3775 |
38 |
10.5 |
2 |
3785 |
40.5 |
20.5 |
2 |
3795 |
60 |
27 |
2 |
3.2. Расчёт затухания развязок (переходного затухания)
Необходимо рассчитать переходное затухание между звеньями фильтров. Результаты расчётов представлены ниже.
-44.000
N12i1 n1i1-n2i1= -45.000
-40.000
-58.000
N13i1 n1i1-n3i1= -58.000
-58.000
-6.000
N21i2-3 n2i2-n1i2= -11.000
-19.500
-58.000
N23i2-3 n2i2-n3i2= -58.000
-58.000
-36.000
N31i3-6 n3i3-n1i3= -38.500
-58.000
-8.500
N32i3-6 n3i3-n2i3= -18.500
-25.000
3.3. Расчёт КСВ и КБВ
–переходное затухание между звеньями 1
и 2;
–переходное затухание между звеньями 1
и 3;
–переходное затухание между звеньями 2
и 1;
–переходное затухание между звеньями 2
и 3;
–переходное затухание между звеньями 3
и 1;
–переходное затухание между звеньями 3
и 2;
Необходимо рассчитать коэффициент стоячей волны (КСВ) и коэффициент бегущей волны (КБВ). Это можно сделать по следующим формулам:
КСВ |
lmax |
– формула для расчёта КСВ; |
|
lmin |
|||
|
|
||
КБВ |
1 |
– формула для расчёта КБВ. |
|
|
КСВ |
|
Результаты измерения представлены ниже, в таблице 3.3.1.
Таблица 3.3.1 – Результаты измерения КСВ и КБВ
1.228 0.814
|
1.173 |
|
|
0.853 |
|
|
1.193 |
|
|
0.838 |
|
|
1.428 |
|
|
0.700 |
|
|
|
|
|
||
КСВ= |
1.311 |
|
КБВ= |
0.763 |
|
|
1.282 |
0.780 |
|||
|
1.225 |
|
|
0.816 |
|
|
1.218 |
|
|
0.821 |
|
|
1.151 |
|
|
0.869 |
|
|
|
|
|
||
1.45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.375 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.225 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.075 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КСВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.925 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КБВ |
0.85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.775 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3655 |
3670 |
3685 |
3700 |
3715 |
3730 |
3745 |
3760 |
3775 |
3790 |
3805 |
|
|
|
|
f (MHz) |
|
|
|
|
||
Рисунок 3.3.1 – График зависимости КСВ и КБВ от частоты |
||||||||||
3.4. Результаты измерений
Ниже представлены результаты измерений и расчётов переходного затухания между различными звеньями фильтров, КСВ КБВ.
Таблица 3.4.1 – Результаты измерения развязок, КСВ и КБВ
4.ВЫВОДЫ
Врезультате выполнения лабораторной работы были измерены параметры исследуемого фильтра.
Врезультате выполнения установлено: в полосе пропускания фильтра затухание звена минимально, в в полосе заграждения – максимально.