Главная >  Фильтры гармоник отражательнопоглащающие 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

-=o,oos

9Rft

Zw 200 WO 120

0.02

0,04

0,66 0J88 0,70 0,72 0,74, 076Л


jl4 0.66 0,68 OJO 0,72 0,14 0,Ш,

Рис. 3.14 (продолжение). За-виоимость нагруженной доб-ротН(>сгга емковтного резонатора от длины волны

180 160

О

3400 3S0f 3700, 3800 Г,МГц-

Рис. 3.15. Зависимость нагруженной добротности емкостного резонатора сечением 34X72 мм от частоты

ЪЧмн

2,Sm

-3мм

-

4мм 5мм

7мм =3мм

10мм

50МГц

\ 3600МГц

% томгц

7 8 9 1мн

Рис. 3.16. Зависимость нагруженной добротности емкостного резонатора сечением 34X72 мм от величины зазора

На рис. 3.16 приведена зависимость добротности емкостного резонатора от величины зазора Ь при постоянном значении частоты. Для резонаторов с Q = 25 и Q = 50 зазоры емкостных диафрагм соответственно равны: Ь= = 6,4 мм; 6=4,16 мм.

На графике рис. 3.17 приведены расчетная зависимость С? от частоты для резонаторов с зазором 6 = 6,4 мм и 6 = 4,16 мм и эксперимен-

Q 60

50 40. 3D 20 10

3400 3500 3600 3700 3800

р4,16мм

--

. -

Di, ..-

0,4 ММ

. --

- Расчет

Эксперимент

тальные значения добротно- Рис. 3.17. Расчетная и экспериментальная стей резонаторов, определен- зависимость нагруженной добротности ем-f костного резонатора сечением 34X72 мм от

ные по измеренным частот- частоты ным характеристикам резонаторов. Как видно ИЗ графика, результаты расчета довольно близко совпадают с экспериментом.

3.4. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫЙ РЕЗОНАТОР

Схема построения

Основными достоинствами индуктивно-емкостного резонатора являются малое изменение ширины полосы пропускания при его перестройке в диапазоне частот и повышенное затухание в области второй и третьей гармоник.

Эквивалентная схема перестраиваемого резонатора, образованного емкостной и индуктивной реактивностями, приведена на рис. 3.18.

Поведение резонатора, образованного реактивностями разного знака, при изменении частоты существенно отличается от рассмотренных выше симметричных индуктивного и емкостного резонаторов. Для сим- Приближенная

г < эквивалентная схема пе-

метричных резонаторов составляющие реак- рестраиваемого индуктивности изменяются с частотой одинаково, тивно-емкостного резона-и поэтому для получения резонанса доста- тора точно изменить электрическую длину между

реактивностями (т. е. выполнить фазовое условие резонанса). Это обычно достигается с помощью емкостной реактивности, вводимой в центр звена.

Для резонатора, образованного емкостью и индуктивностью, при изменении частоты необходимо изменять как электрическое

г--i=-f--

1 . ПУ

1С /

\ Т



расстояние между реактивностями, так и уравнивать коэффициенты отражения от них (т. е. выполнять амплитудное условие резонанса) с тем, чтобы получить полный резонанс при перестройке. Необходимость уравнивания коэффициентов отражения от реактивностей при перестройке обусловлена тем, что индуктивная и емкостная проводимости имеют разные по знаку производные от частоты, и равенство этих реактивностей возможно только на одной частоте. Для перестройки индуктивно-емкостного резонатора требуется в общем случае два элемента перестройки. Это сложно выполнить конструктивно, поэтому перестраиваемые резонаторы, образованные с помощью реактивностей разного знака, не применялись. Однако, как будет показано ниже, роль этих двух элементов может выполнить одна емкостная (или индуктивная) реактивность, величина проводимости и место включения которой изменяются при изменении частоты. Это, в свою очередь, может быть реализовано одним элементом перестройки [36].

Расчет частотной характеристики резонатора

Определим частотную характеристику резонатора через функцию рабочего затухания, выраженную через коэффициент волновой матрицы передачи Г12.

Для вычисления Г12 запишем выражение для матрицы передачи [Т] четырехполюсника, изображенного на рис. 3.18. Для этого найдем произведение матриц составляющих четырехполюсников:

1Т] =

1 + i

.0 е

-19.

1- 2

l-ii

Г е О

1 + i

.2 С

1 -i

У2 2

2 У2

(3.47)

где 01 = - li, 82 = - /2. л Л

Произведя вычисления, получим выражения для мнимой и действительной частей элемента матрицы Т:

Jm Т12 = Y {угуг sin kl -j- (j/i - уг) cos kl

+C [- (/i(/2 sin kit sin kk - Ух sin kl cos kk + + t/2 cos kit sin kit + cos k (It - li)]),

Re Tij = -L {((/i+(/2)sin ki+C[~ {yt 4- t/j) sin kit sin kk ~

- sin Л (/1-/2)]}, (3.48)

vaek=jl, a

Выражения 3.5 и 3.48 и определяют частотную характеристику резонатора.

Элемент перестройки (т. е. величину проводимости и место включения) легко рассчитать из условия резонанса, когда =1.

Для этого действительная н мнимая части элемента матрицы Г12 должны быть равны нулю:

ЛшГ12 = 0; Reri2 = 0. (3.49)

Совместное решение ур-ний (3.49) определяет величину и место включения элемента перестройки. При перестройке емкостным элементом реактивности, выбираются равными на верхней частоте диапазона перестройки. Расстояние между реактивностями равно половине длины волны в волноводе на этой частоте.

Результаты расчета величины и места включения емкостного элемента перестройки в зависимости от относительного изменения резонансной длины волны резонатора для различны.х Таблица 3.2 реактивностей приведены в табл. 3.2, 3.3 и на рис. 3.19- 3.21.

Как показывает рнс. 3.19, величина емкостной проводимости элемента пересст-ройки почти не зависит от добротности резонатора и изменяется с ростом длины волны по закону, близкому к линейному.

Рисунки 3.20 и 3.21 показывают, что место включения емкостного элемента перестройки смещено от центра резонатора в сторону индуктивной реактивности. По мере перестройки резонатора на низкие частоты

(увеличение -), а также

при уменьшении нагруженной добротности (уменьшение у) место включения эле-

Нормированная емкостная проводимость элемента перестройки индуктивно-емкостного резонатора при значениях у

7 1 10

1,64

1,083

1,17

1,25

0,1741 0,3525 0,6965 1,0031

0,1749о,1748 0,3543 0,3542 0,7005о,7007 1,0097 1,0102

0,1743 0,3533 0,6990 1,0077

0,1739 0,3525 0.6974 1,0054

Таблица 3.3

Относительное положение

-\элемеи-

та перестройки индуктивно-емкостного резонатора при значениях у

1

1,04

0,273

0,281

0,289

0,295

0,299

1,083

0,261

0.270

0,278

0,285

0,288

1,17

0,240

0,250

0,257

0,264

0,268

1,25

0,222

0,231

0,240

0,247

0,251



мента перестройки должно смещаться к индуктивной реактивности (уменьшение -у-).

Конструктивно такую схему можно реализовать, например, с помощью одного наклонного емкостного стержня (рис. 3.22). По мере перестройки резонатора на низкие частоты стержень погруби 10

1 V 1.2 1,ЗЛ

Рис. 3.19. Зависимость емкостной проводимости настроечного стержня индуктивно-емкостного резонатора от резонансной длины волны


105 1,1

US Ад.

Рис. 3.20. Зависимость места включения настроечного стержня индуктивно-емкостного резонатора от резонансной длины волны

жается в резонатор таким образом, что его конец приближается к индуктивности. Тем самым эффективное место включения емкостной проводимости смещается в сторону индуктивности. При этом

0.3 0,215

0,25 ОД

1.25 -

-


Рис. 3.21. Зависимость места включения настроечного стержня индуктивно-емкостного резонатора от проводимости

Рис. 3.22. Эскиз индуктивно-емкостного резонатора с наклонным емкостным стержнем

будет обеспечиваться точная настройка в резонанс в широком диапазоне частот.

Если же диапазон перестройки не превышает нескольких процентов (до 10%), то достаточно расположить элемент перестройки (на яекотСрам среднем р1аС1стояНИи от мидуктивиююти. Это расстояние зависит от добротности и составляет около одной трети от длины резонатора.

Зная частотную зависимость проводимостей реактивностей, образующих резонатор, а также величину проводимости и место включения элемента перестройки, можно вычислить частотные характеристики резонатора [ф-лы (3.5) и (3.48)].

Рассмотрим теперь амплитудно-частотную характеристику индуктивно-емкостного неперестраиваемого резонатора при значительных расстройках по частвте - от к4)итической частоты до третьей гармоники. Согласно выражениям (3.5) и (3.48), при С=0 вносимое затухание равно

=lOlg(l +

Тп Г) = lOlg {1 -Ь 0,25 [у1у sin kl + (3.50)

+ (yi - Уг) cos kir + 0,25 Цуг + %) sin klf}, дБ. Условие резонанса на рабочей частоте выполняется при yw=

/Зная 1за Иаимость проводимостей от частоты.

нетрудно по ф-ле (3.50) рассчитать амплитудно-частотную характеристику резонатора. Зависимость проводимостей от частоты может быть представлена так:

Ую = Уо

У20 = Уо

Результаты расчета приведены на рис. 3.23. На рис. 3.24 для сравнения приведены характеристики индуктивно-емко- Дй стного, индуктивного ем- костного резонаторов.

Из приведенных данных видно, что индуктивно-емкостный резонатор имеет только одну (рабочую) частоту, на которой вносимые потери равны нулю. Паразитные полосы пропускания индуктивно-емкостного резонатора на гармониках значительно ослаблены. В отличие от индуктивно-емкостного резонатора, индуктивные резонаторы имеют паразитные полосы пропускания в области второй и третьей гармоник, а емкостный резонатор - в области критических частот, в области частот второй и .

хиртырй ran-uoHHif Р *- Амплитудно-частотные характе-

ipciocn lapmunin. ристики индуктивно-емкостных резонато-

ВОЛНЗИ от полосы ПрОПу- Ров;

скаиия амплитудная харак-




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39