1.3.10.6. Фільтри на феритових резонаторах

Феритовий фільтр (ФФ) складається з вхідної та вихідної ЛП, зв’язаних між собою за допомогою ФР. Принцип дії смугово-пропускного ФФ полягає в різкому збіль-шенні зв’язку цих ліній унаслідок прецесії вектора магнітного моменту ФР під час феромагнітного резонансу та передачі внаслідок цього електромагнітних коливань із вхідної ЛП у вихідну.

Я к приклад на рис. 1.89. а показано ФФ на одному резонаторі, вхідна 1 і вихідна 4 лінії якого зв’язані з ФР 2 за допомогою петель 3, що лежать у взаємно перпендикулярних площинах.

Рис. 1.89

Якщо ФР не намагнічений, то енергія НВЧ поля не передається з вхідної лінії у вихідну внаслідок ортогональності петель. Коли поле НВЧ надходить до вхідної петлі та є постійне намагнічування Н₀, спіновий момент намагніченого монокристалу прецесує навколо вектора постійного поля з кутовою частотою, що залежить, відповідно до виразу (1.63), від значення Н₀, відхиляючись від площини другої петлі та, отже, індукуючи в ній НВЧ поле.

У режимі феромагнітного резонансу на вихід ФФ передається максимальна частина вхідної потужності.

Розглянемо конструкцію дворезонаторного фільтра (рис. 1.89. б). Основою його високочастотної частини є діелектричний корпус 10, у якому закріплено вхідну 12 і вихідну коаксіальні ЛП 8 малого перерізу (1,7  0,5 мм) з мініатюрними НВЧ розніманнями 1 і тримачі 5 із закріпленими (приклеєними) на них ФР сферичної форми 4. Коаксіальні рознімання з’єднано з коаксіальними 50-омними ЛП за допомогою узгоджувальних переходів 7. Кожна лінія закінчується петлею зв’язку з тонкого дроту (петлі 6 та 11). Петлі 3 та 9 зв’язують резонатори 4 між собою. Резонатори й петлі зв’язку розміщено в циліндричних або прямокутних металізованих порожнинах 2 пластмасового корпусу, влас-ні резонансні частоти яких значно вищі верхньої робочої частоти фільтра, щоб запобігти резонансу в цих порожнинах на робочій частоті ФР. Крім того, оскільки немає масивних металевих стінок, які б екранували зовнішнє змінне магнітне поле, то можна з високою швидкістю перестроювати фільтр за частотою.

Крім петель елементами зв’язку можуть бути півпетлі, отвори в діафрагмах і т. п. При цьому ФР розміщують так, щоб забезпечити потріб-ний зв’язок як із вхідною, так і з вихідною ЛП. Найсильнішого зв’язку ФР із цими лініями досягають, установлюючи його в області максимуму магнітного поля НВЧ.

Наведемо основні характеристики ФФ. Діапазон перестроювання ФФ може досягати декількох октав. Його верхня межа визначається максимальним значенням Н₀, тобто конструкцією магнітної системи, нижня межа  значенням Н₀, за якого зникає намагніченість насичення, що залежить від складу й форми ФР. Крутість перестроювання ФФ становить одиниці-десятки мегагерц на міліампер. Нині є реальна можливість створити перестроювані ФФ на монокристалах ЗІГ на частоти від 0,1 до 90 ГГц.

Смуга пропускання ФФ залежить від кількості ФР, їх власної добротності, орієнтації монокристалу щодо зовнішнього магнітного поля, ступеня зв’язку з ЛП, робочої частоти; її ширина становить десятки мегагерц. Зі збільшенням кількості ФР смуга пропускання розширюється. Мінімальні внесені втрати в смузі пропускання визначаються переважно ступенем зв’язку ФР із ЛП; вони становлять відповідно 0,5 і (6...8) дБ для одно- та багаторезонаторних фільтрів. Час перестроювання ФФ зазвичай становить одиниці-десятки мілісекунд і залежить від значення індуктивності котушки намагнічування. Феритові фільтри залишаються лінійними пристроями лише до потужностей (0,01...0,10) Вт.

Частотна вибірковість смугових ФФ із петлями зв’язку характеризується значенням унесеного ослаблення L у разі розладу на ширину смуги пропускання. Значення L приблизно дорівнює 6N дБ, де N  кількість резонаторів. У разі зняття намагнічування Н₀ фільтр уносить велике ослаблення: від 30 дБ для однорезонаторних до (80...90) дБ для чотирирезонаторних ФФ.

Феритові фільтри використовують, зокрема, у панорамних приймачах і преселекторах. Проектування й застосування ФФ ускладнюють такі чинники: гістерезис характеристики (1.63) ₀ = (H₀); низька температурна стабільність, унаслідок чого потрібне використання термостатів, термокомпенсацій тощо; інерційність перестроювання ФР; потреба в застосуванні стабілізованих джерел живлення; наявність паразитних резонансних частот; зсув резонансної частоти до декількох сотень мегагерц зі зміною орієнтації ЗІГ; розкид параметрів через неточність виконання петель, порушення їх ортогональності та зсув щодо центра резонатора; чутливість до неузгодженості навантажень. Водночас унікальність характеристик ФФ у багатьох випадках спонукає переборювати зазначені труднощі.