Главная
>
Фильтры гармоник отражательнопоглащающие
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
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
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
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-
Таблица 3.3 Относительное положение -\элемеи- та перестройки индуктивно-емкостного резонатора при значениях у
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
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-
|