1.3.8. Хвилевідні фільтри типів хвиль

Ці фільтри призначені для пропущення по багатохвильовому хвилеводу хвилі робочого типу і придушення хвиль інших типів. За принципом дії розрізняють випромінюючі, поглинаючі і фільтри, що відбивають.

У випромінюючому фільтрі використовують систему щілин, прорізаних у стінках хвилеводу таким чином, щоб енергія хвилі робочого типу не випромінювалася з них, а енергія типів хвиль, що придушуються, випромінювалася. Одна з конструкцій таких фільтрів представлена на рис.1.41. Фільтр складається з набору почергових металевих і діелектричних кілець, що мають загальну вісь.

В

Рис. 1.41

узькі кільцеві щілини між металевими кільцями практично не впливають на умови поширення симетричних хвиль , що мають на стінках тільки кільцеві поверхневі струми. Хвилі всіх інших типів мають подовжню складову струму, що перериває кільцеві щілини. Енергія цих хвиль інтенсивно випромінюється з хвилеводу через щілини. Розглянутий фільтр застосовується в багатохвильових круглих хвилеводах, призначених для передачі ЕМЕ на великі відстані з малими втратами на хвилі .

Загальний принцип побудови поглинаючих і фільтрів типів, що відбивають, хвиль полягає в розміщенні в поперечному перерізі хвилеводів ґратів з тонких поглинаючих пластин або провідників, орієнтованих ортогонально лініям Е хвилі робочого типу, унаслідок чого ця

хвиля не збуджує в ґратах струм і проходить крізь них майже без відображення. З іншого боку, хвилі типів, що придушуються, що мають складову Е, спрямовану уздовж пластин або провідників, збуджують у них струми і поглинаються ґратами, якщо вони виконані з поглинаючих пластин, або відбиваються, якщо з провідників. Н а рис. 1.42 приведені найбільш розповсюджені конструкції ґрат для придушення відповідно х виль , і .

а)

Рис. 1.42

в)

б)

Я кщо як робочу хвилю в круглому хвилеводі використовується , наприклад, в обертовому зчленуванні, зображеному на рис. 1.19.б, то необхідно приймати міри до придушення . У цьому випадку застосовуються фільтр, що відбиває, у вигляді резонансного кільця (рис.1.43).

Х

Рис. 1.43.

виля (рис. 1.43.а) не наводить у кільці струм і кільце мало впливає на її поширення. Хвиля збуджує в кільці великі струми, що веде до її відображення. Для кільце має еквівалентну схему представлену на рис.1.43.в. Ємності обумовлені концентрацією зарядів у верхній і нижній частині кільця, а індуктивності струмами, що протікають по кільцю, тобто схема представляє послідовний коливальний контур (рис.1.43. г).

Якщо настроїти його в резонанс, то відбудеться відображення хвилі . Резонанс спостерігається, якщо довжина кільця дорівнює довжині хвилі генератора. Кріпиться кільце діелектричними або металевими (довжиною ) стрижнями. В останньому випадку стрижні повинні бути перпендикулярні електричним силовим лініям.

Смуга пропущення залежить від товщини кільця. При її збільшенні смуга збільшується, але при цьому збільшується відображення хвилі .

Іншим, широко розповсюдженим фільтром типів хвиль, в обертовому зчленуванні на хвилі є фільтр у виді короткозамкненого шлейфа.

Короткозамкнений шлейф – замкнутий відрізок круглого хвилеводу – співвісного з основним хвилеводом (рис.1.44). Якщо

, то в розрізі а-б для буде розрив лінії. При цьому частково відбивається хвиля .

Щ

Рис. 1.44

об придушити хвилю не створюючи відображень робочій хвилі , необхідно задовольнити 2-м вимогам:

.

При цьому в розрізі а-б для хвилі буде коротке замикання і відображення не буде. Для виконання цієї умови необхідно, щоб

, .

Висновки

Чотириполюсники НВЧ є найпоширенішими елементами хвилевідніх трактів телекомунікаційних систем

У хвилевідних трактів ТКС у качестві чотириполюсників застосовують регулярні відрізки ліній передачі, різні зчленування, вигини, скрутки, атенюатори, фазообертачі, поляризатори, фільтри типів хвиль та ін. НВЧ елементи.

Запитання та завдання

1. Пояснити принцип дії хвилевідних дросельних фланців.

2. Пояснити принцип дії обертових зчленувань.

3. Зазначити застосування, переваги та недоліки змінних механічно керованих поглинаючих та граничних атенюаторів.

4. Пояснити принцип дії фазообертачів.

5. Пояснити принцип дії поляризаторів.

6. Пояснити принцип дії фільтрів типів хвиль.

7. Розрахуйте величину зазорів X і Y, а також довжину і хвильовий опір відрізка коаксіального хвилеводу дросельного фланця, який призначений для зчленування прямокутних хвилеводів з розмірами 72×;34 мм.

8. Розрахуйте діаметр круглого хвилеводу зчленування, що обертається та працює на хвилі E₀₁, для середній частоти робочого діапазону 3 ГГц.

9. Розрахуйте максимально досяжний діапазон частот зчленування, що обертається, виконаного на трансформаторах типів хвиль вигляду , якщо розміри прямокутного хвилеводу зчленування, що обертається, а ×в =23×10 мм

10. Розрахуйте довжину граничного атенюатора, виконаного з круглого хвилеводу діаметром 20 мм, якщо на частоті 3 ГГц ослаблення коливань H₁₁ повинне складати 90 дБ.

11. На скільки градусів зміниться фаза коливань на виході хвилеводу з розмірами 90×45 мм і завдовжки 200 мм, якщо замість повітря його заповнити полістиролом (ε = 2,25)? Частота сигналу рівна 2,1 ГГц.

12. Діелектрична пластина завдовжки 100 мм встановлена в хвилеводі з розмірами 4824 мм. У яких межах можна змінювати фазу коливань, якщо при переміщенні пластини в поперечному перетині хвилеводу еквівалентна відносна діелектрична проникність змінюється від 1,05 до 1,37. Частота коливань рівна 4,55 ГГц.

13. Перетворювач поляризації, виконаний на основі діелектричної пластини, поміщеної в круглий хвилевід, перетворить лінійну поляризацію в кругову. Визначите довжину пластини пристрою, якщо коефіцієнт фаз хвиль, поляризованих паралельно пластині і перпендикулярно їй, відповідно рівні 0,775 і 0,235 рад/см.

48