Рассчитываем максимальную величину перестраивающей емко-кости Сщ на низкой частоте диапазона перестройки и зависящие от нее конструктивные размеры внутреннего шлейфа. Задаемся вели-ч1ин0й хода втулки, которую берем равной, например, 8% от резонансной длины. Тогда длина резонатора на нижней частоте диапазона перестройки

о = /ов -0,08/ов= 13 см. BeJiHiniHa максимальной емкости определяется из условия резонан-

С Уо1 ctg fe,/oH

2nf

(2.23)

Подставляя в ф-лу (2.23) значения для i/oi=- = /он=13 см;

/в=480 МГц, получаем, что величина емкости равна См = 2,5б пФ.

j; , Hia рис. 2.26 схематически ооказано кон-

структивное выполнение переменной емкости. Емкость создается между подвижной металлической втулкой 2 и центральными стержнями/резонатора. Втулка и центральные стержни образуют (цилиндрические конденсаторы Ci и Са, включенные поаледова-телыню. Учитывая малую длину втулки по сравнению с длиной волны, раюочитаем эти емкости как сосредоточенные. Бм1кость коаксиального цилиндрического конденсатора определяется по формуле

0,241erZ

С =-пФ, (2.24)

/ - длина конденсатора, см; Da - внутренний диаметр внешнего проводника коаксиальной линии; Di-внешний диамепр внупраннего проводника коаксиальной линии; Бг-относительная диэлектрическая проницаемость.

Суммарная максимальная емкость последовательно соединенных конденсаторов при L = 2/

Рис. 2.26. Переменная емкость

Сг + С,

+ 21g

Di + 2d

(2.25)

Da-2d Di

где d - зазор между втулкой и стержнями. Формула (2.25) уста-64

иавливает связь между конструктивными размерами внутреннего шлейфа резонатора и емкостной втулки.

Выберем d=l мм, D =19 мм, 0,=9 мм. Подстановка этих величин в ф-лу (2.25) для проверки дает значение См = 2,48 пФ. Эта величина близка к величине емкости, рассчитанной по ф-ле (2.23).

Конструкция фильтра

Фильтр, показанный на рис. 2.27, состоит из двух резонаторов, связанных между собой четвертьволновой полосковой линией.

Каждый резонатор состоит из двух коаксиальных объемов: внешнего, образованного цилиндрическим корпусом / и централь-

10 nepeci

Рис. 2.27. Перестраиваемый коаксиальный фильтр с коррекцией: / - корпус; 2-ЦИЛИНДР; 3 -керамика; < - ,перестраиваюи(ая втулка; 5 -петля связи; 6 - подстроечный винт; 7 - упор с подшипником; S-пружина; 9 - коромысло; /О- направляющая; -центральный проводник; /2 -тяга; /3 -шпилька; N -кронштейн; /5 -ось; 16 - вч муфта; 17 - Крышка

ным стержнем 2, и внутреннего, заключенного между трубой 2 и центральным стержнем . Оба коаксиальных объема составляют четвертьволновый коаксиальный резонатор, конструктивная длина которого значительно сокращена.

Во внутренней трубе 2 размещена подвижная емкостная втулка 4. служащая для перестройки фильтра в заданном частотном диапазоне. Емкостная втулка укреплена на керамическом стержне 3 и жестко связана с тягой 12. Тяги 12, в свою очередь, установлены в кронштейне 14 через резьбовые втулки.

Для надежной центровки тяг в резонаторах в конструкций фильтра применена общая направляющая 10, которая жестко крепится к кронштейну и имеет пружину для обеспечения обратного хода. Диаметры тяг выбраны таким образом, чтобы обеспечить жесткость конструкции при продольном перемещении и достаточ-

ную гибкость для компенсации перекосов, которые возникают з\ счет неточности изготовления. Для устранения вращения кронштейн на относительно оси направляющей в прорези кронштейна установлена шпилька 13, запрессованная в корпусе.

Фильтр перестраивается от ручного или электромеханической привода (на рисунке не показан), имеющего настроечные винты (число которых равно количеству фиксированных волн) и фиксатор] Перестройка фильтра осуществляется следующим образом: на? верхней частоте диапазона кронштейн при помощи механиз1ма пе-! рестройки устанавливается в самом нижнем положении. При этом втулка 4 полностью выведена из области центрального стержня По мере перестройки фильтра на нижние частоты кронштейн под- нимается и тяги перемещают емкостную втулку вдоль центрального стержня, образуя емкость, которая у.цлиняет резонатор. Фильтр оказывается настроенным на более длинную волну.

Зазоры .между емкостной втулкой 4 и центральным стержнем а также между емкостной втулкой и трубой 2 равны примерно? 1 м.м. Ход втулки при перестройке фильтра в заданной полосе; частот равен около 10 мм.

В связи с неточностью изготовления резонаторы оказываются несколько расстроенными друг относительно друга при одинаковом перемещении перестраивающей втулки. Для сов.мещения резонансных частот резонаторов один из них снабжен устройством коррекции. Для этого тяга резонатора укреплена в коромысле 9, которое имеет ось вращения /5. На коромысле установлены винты подстройки 6. Винты подстройки при движении кронштейна оказываются над упором с подшипником 7. Оказывая давление на упор 7, винты изменяют наклон коромысла. Наклон коромысла вызывает продольное перемещение тяги 12 с емкостной втулкой, подстраивая резонатор. Пружина 8 с роликом прижимает коромысло с винтами к упору 7. Использование подшипника в упоре снижает трение винтов при движении кронштейна.

В устройстве коррекции несколько винтов расположены в шахматном порядке для уменьшения длины. Выбор количества винтов зависит от диапазона перестройки и требования к максимальной величине коэффициента бегущей волны. Для приведенного примера за счет взаимной расстройки резонаторов коэффициент бегущей волны во всем диапазоне перестройки ухудшается не более чем на 0,05 (при 10 винтах коррекции).

В качестве линии связи между резонаторами применена полос-ковая линия, свернутая в петлю и расположенная в углублении корпуса фильтра, что также уменьшает габариты. Петля 5/выпол-ненная из листовой латуни, прилегает полисгироловой пластине, которая служит опорой и изолирует петлю от корпуса фильтра. Сверху петля закрывается металлической крышкой (17), которая служит вторым экраном полосковой линии. Ширина петли, т. е. волновое сопротивление полосковой линии, и ее длина подбирались экспериментальным путем для получения чебышевской характерис-66

тики фильтра, близкой к расчетной. Необходимость экспериментальной отработки связана с тем, что часть четвертьволновой линии связи находится внутри резонаторов. Учесть волновое сопротивление 1И электрическую длину этих участков весьма затруднительно. Поэтому Таблица 2.1 часть линии овязи, находящаяся вне резон а торов, но даолновому сопротивлению и длине отличается от рас-

четных. .

Сравнение расчетных и экспериментальных данных по нагруженной добротнюсти одного звена фильтра (табл. 2.1) показывает их удовлетворительное совпадение.

В 1случ1ае, кйгда ©обходимо перестраивать ф льт1р на большее число фиксированных волн, использование механизма с настроечными винтами на каждую волну приводит кусложнению конструкции и настройки.

С целью упрощения (Ионструкции и inponeclca настройки целеоо-обравно йрименять механизм, позволяюодй вести настройку только на опорных волнах. Количество опорных волн зависит от градуировочной характеристики элементов и от допустимого смещения частотной характеристики фильтра относительно заданной волны. Чем больше градуировочная характеристика отличается от линейной, тем на большее количество участков необходимо ее разбивать для обеспечения допустимого смещения частотной характеристики в пределах каждого участка. Это смещение будет определяться отклонением градуировочной кривой от линейности в пределах каждого участка. Обычно число опорных волн выбирается в 5-10 раз меньше числа рабочих волн. Настройка только на опорных волнах позволяет упростить конструкцию и значительно сократить процесс настройки фильтра. Однако это достигается либо ценой некоторого ухудшен1ия электричесмих характеристик фильтра, либо ценой повышения точности его изготовления.

Общий иии мехаииз.ма перестройки показан на рис. 2.28. Перестройка фильтра производится ручкой, которая при помощи шестерни / поворачивает диск 4. На диске 4 укреплены подстроечные винты .2 и <?. К подстроечны.м винтам пружиной поджимаются направляющие ютер>жни 7, к которым крепятся е.м1костные втулки 8, перестраивающие резонаторы. На каждый резонатор приходится по 11 винтов, которые размещены в шах.матном порядке и настраивают резонаторы, например, на 1,5, 10, 15,..., 45, 50-ю волны. Для это го винт 5 смещен в сторону одного из резонаторов.

Диск 4 при вращении ручки совершает поступательное движение по резьбе винта 5. При перестройке резонатора с 1-й по 50-ю волну диск поворачивается приблизительно на 330° и перемещается при этом примерно на 11 мм, т. е. на величину хода емкостной втулки. По всему периметру диска имеются пазы, шаг которых со-

ответствует рабочей волне. Фиксация на рабочих волнах осуществляется с помощью шарика 6, задающего в тазы диока. Номер

Рис. 2.28. Общий вид механизма перестройки:

/ - шестерня; 2 и Я - подстроечный винт; 4 - диск; 5 - виит; 6 - фиксатор; 7 - направляющий стержень; в - перестраивающая втулка; 9 -керамика

волны, на которую настроен фильтр, определяется по счетчику, связанному с диском 4. Таким образом, основная перестройка фильтра осуществляется за счет поступательного движения диска. Точная подстройка на волны, необходимая из-за нелинейности элементов перестройки, а также из-за неидентичности изготовления обоих резонаторов, осуществляется настроечными винтами, перепад между высотами которых не превышает 0,3 мм. Малый перепад между высотами настроечных винтов на опорных волнах обеспечивает более линейную характеристику перестройки, т. е. линейную зависимость глубины погружения стержней, от угла поворота диска. Это обеспечивает настройку прибора на промежуточные волны при сравнительно простой конструкции механизма перестройки.

В случае перестройки только винтами, когда диск совершает вращательное движение и нет поступательного движения, разница, по высоте между соседними винтами при переходе от 1-й волны 68

к 5-й и т. д. будет равна 1,5 мм. Такой большой перепад приведет к значительному увеличению нелинейности характеристики погружения стержней резонаторов от угла поворота диска. При этом нель-

f -г fr+2 -2 f2+2 -г Гз+2

-2 Fs 2Af,Mrn

Рис. 2.29. Экспериментальные частотные характеристики перестраиваемого коаксиального фильтра с диском

зя будет использовать конструкцию с равномерным фиксатором, что уюлюжнит конструицию (механивма. iKpoMe того, коэффициент бегущей волны фильтра на промежуточных волнах получится меньше.

Частотные характеристики фильтра на одном из участков фиксированных волн (двух опорных /i и /б и трех промежуточных) приведены на рис. 2.29. Из них следует, что коэффициент бегущей волны фильтра в полосе частот составляет не менее 0,8. Подобные характеристики фильтр имеет и на остальных волнах.

Описанные .механизмы могут быть использованы и для перестройки резонаторов изменением длины центрального стержня.

2.6. ДВУХЕННЫЙ ФИЛЬТР ИЗ РЕЗОНАТОРОВ С ШУНТИРУЮЩЕЙ ЕМКОСТЬЮ

Расчет

Расчет фильтра проводится на основе общей теории фильтров с использованием материала, представленного в § 2.3. В качестве примера рассмотрим фильтр, который должен удовлетворять следующим требованиям:

диапазон перестройки, МГц - 1550-1950 МГц

пирина полосы пропускания по уровню 3 дБ - 154-20 МГц

затухание при расстройке на Д/з=60 МГц - не менее 30 дБ

затухание в центре полосы пропускания - не более 0,7 дБ

Расчет показывает, что для обеспечения указанных требований нагруженная добротность каждого звена двухзвенного фильтра должна быть равна 60. Для определения конструктивных размеров резонатора воспользуемся графиками зависимости расчетных значений нагруженной добротности резонатора (функция ) от

частотного параметра, дго=Ыо. Для получения величины нагружен-