Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Синтез линейных электрических цепей. Учебное пособие
.pdf
что удовлетворительные частотные характеристики реализуются при
выполнении условия
kk . Выполнение этого условия не при-
14 12
водит к увеличению конструктивных размеров фильтра с дополнительной перекрестной связью. Габаритные размеры остаются практически такими же, как и у исходного квазиполиномиального фильтра.
АЧХ модернизированного и классического фильтров четвертого порядка показаны на рис. 4.24.
, dBS
21
Рис. 4.24. АЧХ квазиполиномиального и модернизированного
(эллиптического) фильтров (n = 4)
Компьютерное моделирование частотных свойств шестирезонаторного фильтра с двумя дополнительными перекрестными связями
позволило установить, что для этого фильтра значения дополнительных перекрестных коэффициентов связи должны удовлетворять следующим условиям:
16
0k
и
25
0k
.
Анализ показывает, что рассмотренный метод увеличения селективных свойств фильтров на четвертьволновых резонаторах с соседними и перекрестными связями применим и для фильтров более высокого порядка, способных работать на высоком уровне мощности.
Рассмотренные фильтры с дополнительными перекрестными связями
111
имеют достаточно простую конструктивную реализацию и малые пря-
мые потери.
На основе предложенного подхода для дециметрового диапазона
длин волн был разработан и экспериментально исследован восьмирезонаторный канальный фильтр, выполненный на высокодобротных
четвертьволновых резонаторах. Данный фильтр предназначен для работы на средних уровнях мощности входного СВЧ сигнала (250…300 Вт).
Структурная схема фильтра приведена
на рис. 4.25, а, а его конструк-
тивная реализация – на рис. 4.25, б.
018k
0
012k
k
023k
k
78
0
27
067k
0
k
36
034k 056k
045k
а б
Рис. 4.25. Структурная схема фильтра на коакси-
альных резонаторах (а) и его конструктивная
реализация (б)
112
Полосовой, в данном случае канальный, фильтр, выполненный на
M
четвертьволновых коаксиальных резонаторах, отличается высокой
добротностью и обладает большими конструктивными удобствами
в настройке и регулировке. Фильтр имеет четыре полюса затухания на
конечных частотах. Все четвертьволновые резонаторы имеют связи
между соседними резонаторами в виде окон связи. Для получения полюсов затухания на конечных частотах
введены дополнительные пере-
крестные связи между смежными (не соседними) резонаторами.
Поскольку индуктивная связь и емкостная связь описываются коэффициентами связи с различными знаками, то сигналы, передаваемые
этими типами связей, являются противофазными и могут компенсироваться на выходе фильтра на заданных частотах режекции. Кроме того,
отличительной особенностью фильтров с дополнительными перекрестными связями является низкий уровень прямых потерь в полосе
пропускания. Это объясняется тем, что у данного фильтра за счет перекрестных связей высокочастотный сигнал как бы «проходит» через
фильтр с меньшим числом звеньев. На рис. 4.26 приведена эквивалентная схема восьмирезонаторного фильтра с дополнительными перекрестными связями.
18
C
27
C
36
M
M
12
M
23
34
M
M
45
M
56
67
M
78
Рис. 4.26. Эквивалентная схема восьмирезонаторного фильтра
с дополнительными перекрестными связями
Отметим, что эквивалентные схемы рис. 4.22 и рис. 4.26 дают такое
начальное приближение, которое при использовании современных
113
компьютерных САПР позволяет с помощью электродинамического
f
3D моделирования найти геометрические размеры резонаторов и окон
связи, обеспечивающие требуемые значения коэффициентов связи и
реализующие заданные частоты режекции вблизи полосы пропускания. Кроме того, данный эквивалент был использован для получения
эталонных настроечных характеристик, необходимых для осуществления высокоточной настройки четвертьволновых резонаторов и коэффициентов
связи в фильтрах высокого порядка с помощью короткого
замыкания отдельных резонаторов.
Для конструкции, показанной на рис. 4.25, было проведено электродинамическое компьютерное моделирование для двух связанных
резонаторов, на основании которого определены геометрические размеры окон связи различной ширины. Прямоугольное окно связи имеет
высоту 45 мм и переменную ширину S от 10 до 40 мм. Результаты
мо-
делирования представлены в таблице.
Зависимость коэффициента связи от ширины окна
S, мм
10 489,968 0,07 0,000110
20 490,360 1,06 0,001722
30 490,087 3,80 0,006191
35 490,955 5,09 0,009724
40 490,820 8,49 0,013857
f, МГц
k
12
При составлении таблицы значение коэффициента связи k12 определялось по соотношению [12]
f
11
k
12
Следует отметить, что настройка резонансных частот и коэффициентов связи реального многорезонаторного фильтра до эталонного
уровня является сложным технологическим процессом. Поэтому на
практике настройку проводят следующим образом.
114
f
01
.
(4.22)
Выходной порт
с помощью слабой связи подключается к первому резонатору. Далее,
S
замыкая накоротко (или расстраивая за пределы полосы пропускания),
все резонаторы фильтра, кроме первого, и используя с этим резонатором дополнительную слабую связь, добиваются соответствия частотной зависимости коэффициента передачи и эталонных настроечных
характеристик, полученных на основе компьютерного моделирования
по сосредоточенному эквиваленту. При
этом последовательно размыкаются резонаторы фильтра, начиная со второго до последнего [12].
В качестве примера на рис. 4.27 показана одна из настроечных эталонных характеристик.
дБ ,
21
МГц ,f
Рис. 4.27. Настроечная эталонная характеристика
при закороченных пятом и шестом резонаторах
Экспериментальная характеристика боковых полос цифрового телевизионного передатчика стандарта DVB-T2 при использовании на
его выходе восьмирезонаторного канального фильтра приведена на
рис. 4.28.
Таким образом, рассмотренные в данном разделе схемотехнические и конструктивные решения для канальных телевизионных фильтров обеспечивают малые прямые потери, высокую крутизну скатов
115
Рис. 4.28. Характеристика боковых полос
АЧХ, а также режекцию на заданных частотах вблизи полосы пропускания. Это позволяет эффективно подавлять конкретные комбинационные составляющие и высшие гармоники в модуляторных
и усилительных устройствах передающей аппаратуры цифрового телевизионного вещания.
116
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Регулярные и нерегулярные многосвязные полосковые и проводные
структуры и устройства на их основе: анализ, синтез, проектирование, экстракция первичных параметров : монография / Н. Д. Малютин, А. Н. Сычев,
Е. В. Семенов, А. Г. Лощилов. – Томск : Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. – 168 с.
2. Справочник по расчету и
устройств / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др.; под ред. В. И. Вольмана. – Москва: Радио и связь, 1982. – 328 с.
3. Разевиг В. Д. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave
Office / В.Д. Разевиг, Ю.В. Потапов, А.А. Курушин; под ред. В. Д. Разевига. –
Москва: СОЛОН-Пресс, 2003. – 496 с.
4. Курушин А. А. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Micro-
wave Studio: учеб. пособие / А. А. Курушин, А. Н. Пластиков. – Москва : Изд.
дом МЭИ, 2012. – 152 с.
5. Микроэлектронные устройства СВЧ: учеб. пособие / Г. И. Веселов,
Е. Н. Егоров, Ю. Н. Алехин и др.; под ред. Г. И. Веселова. – Москва : Высшая
школа, 1988. – 280 с.
6. Теория и применение устройств СВЧ: учеб. пособие для вузов /
В. А. Неганов, Г. П. Яровой; под ред. В. А. Неганова. – Москва : Радио и
связь, 2006. – 719 с.
7. Устройства СВЧ и антенны: учеб. пособие / Е. И. Нефедов. – Москва :
Академия, 2009. – 375 с.
8. Теоретические основы электротехники / К. С. Демирчян, Л. Р.
Н. В. Коровкин. – 5-е изд. – Санкт-Петербург : Питер, т. 2. – 2009. – 431 с.
9. Гальперович Д. Я. Радиочастотные кабели / Д. Я. Гальперович,
А. А. Павлов, Н. Н. Хренков. – Москва : Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.
10. Матей Д.Л. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. В 2 томах: Д. Л. Матей, Л. Янг, Е. М
Ф. В. Кушнира. – Москва : Связь, 1971. – 440 с., 1972. –496 с.
конструированию СВЧ полосковых
Нейман,
. Т. Джонс; пер. с англ. / Л. В. Алексеева и
117
11. Фриск В. В. Основы теории цепей. Использование пакета Microwave
Office для моделирования электрических цепей на персональном компьютере /
В. В. Фриск. – Москва : СОЛОН-Пресс, 2004. – 160 с.
12. Ханзел Г. Е. Справочник по расчету фильтров / Г. Е. Ханзел; пер. с
англ.; под ред. А. Е. Знаменского. – Москва : Сов. радио, 1974. – 288 с.
13. Алексеев Л
диапазонов / Л. В. Алексеев, А. Е. Знаменский, Е. Д. Лоткова. – Москва :
Связь, 1976. – 280 с.
14. Астайкин А.И. Теория и техника СВЧ: учеб. пособие / А. И. Астайкин, К. В. Троцюк, С. П. Ионова, В. Б. Профе. – Саров : ФГУП «РФЯЦВНИИЭФ», 2008. – 464 с.
15. Разинкин
кого уровня мощности: монография / В. П. Разинкин, В. А. Хрусталев,
С. Ю. Матвеев. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. – 316 с. (серия «Монографии НГТУ»).
16. Рубанович М. Г. Сверхширокополосные аттенюаторы высокого уровня мощности: монография / М. Г. Рубанович, В. А. Хрусталев, В. П. Разинкин. –
Новосибирск :
17. Богомолов П. Г. Многокаскадные СВЧ-аттенюаторы на планарных
пленочных резисторах / П. Г. Богомолов, В. П. Разинкин, В. А. Хрусталев,
К. Я. Аубакиров // Успехи современной радиоэлектроники. – 2016. – № 11. –
С. 233–237.
18. Алексеев О. В. Многоканальные частотно-разделительные устройства
и их применение / О. В. Алексеев, Г
и связь, 1981. – 136 с.
. В. Электрические фильтры метрового и дециметрового
В. П. Широкополосные управляемые СВЧ устройства высо-
Изд-во НГТУ, 2015. – 312 с. (серия «Монографии НГТУ»).
. А. Грошев, Г. Г. Чавка. – Москва : Радио
118
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 3
1. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ........................................................................................... 9
1.1. Основные параметры линий передачи ...................................................... 9
1.2. Собственные волны в линиях передачи .................................................. 11
1.2.1. Волновое сопротивление в линии с ТЕМ (Т) волной .................. 14
1.2.2. Энергетическое определение волнового сопротивления ............ 16
1.3. Дифференциальные уравнения линии передачи .................................... 17
1.4. Связанные линии передачи ...................................................................... 23
2. ЭЛЕМЕНТНЫЙ БАЗИС ЛИНЕЙНЫХ СВЧ ЦЕПЕЙ .................................... 27
2.1. Колебательные системы из отрезков линий передачи ........................... 29
2.2. Эквивалентные схемы отрезков линий
2.3. Матрицы рассеяния и передачи ............................................................... 32
2.4. Взаимные и симметричные четырехполюсники .................................... 36
2.5. Оптимизация параметров линейных цепей ............................................ 38
3. МИКРОПОЛОСКОВЫЕ АТТЕНЮАТОРЫ И НАГРУЗКИ .......................... 44
3.1. Планарные пленочные резисторы сосредоточенного типа ................... 45
3.2. Синтез согласующих цепей для пленочных резисторов........................ 49
3.3. Многокаскадные аттенюаторы с трансформацией характеристи-
ческого сопротивления ............................................................................. 53
3.4. Распределенные пленочные аттенюаторы .............................................. 61
3.5. Распределенные аттенюаторы в виде П-структуры ............................... 67
3.6. Корректор
3.7. Делители и сумматоры мощности ........................................................... 78
4. ФИЛЬТРЫ ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ............................................ 82
4.1. Расчет фильтров на основе низкочастотного прототипа ....................... 83
4.2. Синтез узкополосных фильтров ............................................................... 89
4.3. Полосовые фильтры с четвертьволновыми связями .............................. 98
4.4. Полосовые фильтры с непосредственной связью ................................ 106
Библиографический список ................................................................................ 117
амплитудно-частотных характеристик ................................. 74
передачи ................................... 31
119
Разинкин Владимир Павлович
Хрусталев Владимир Александрович
Аубакиров Константин Якубович
СИНТЕЗ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Учебное пособие
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Корректор И.Е. Семенова
Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
Подписано в печать 09.04.2020. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная
Тираж 50 экз. Уч.-изд. л. 6,97. Печ. л. 7,5. Изд. № 7. Заказ № 549
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Цена договорная
1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]