30 20 10 0

Рис. 3.24. Амплитудно-частотные характеристики резонаторов в широком диапазоне частот:

/ - ивдуктавво-емкостнйй резонатор; 2 - нидужтиввый резонаторг 3 - емкостный резонатор

терисгика индуктишо-емкостного резонатора более симметрична, чем индуктивного или емкостного резонаторов.

Расчет нагруженной добротности ревшатора

Нагруженная добротность Q резонатора может быть вычислена из его частотной характеристики по ф-лам (3.3) и (3.5), если приравнять выражения (3.5) и (3.48). Из ф-лы 3.48 следует, что для узкополосных фильтров (уЪ) Re 1,2 меньше imT. Поэтому можно записать в первом приближении

X = Jm Ты sip kl +(у1- у ) cos A/-f Cf- yyt sin sin kk- - yi sin kk cos kk + У2 cos Ml sin kk + cos {k - k)]}- (3.51) Найдем теперь производную j- , необходимую для определения добротности резонатора: dX

d Ci)

дС d(o ду1 dm ду d а> dk d ш

Полагая - =0 (см. стр. 83), получи

da> ду1 dm ду d ф

дХ dk

(3.52>

(3.53)

dk dm

Учитывая что в первом приближении в полосе частот до 10% [35] yi=4i-j; У2 = <72Л, (3 54)

где 9i и - коэффициенты пропорциональности.

106 .

Получим:

d<

(3.55)

<f CD

(3.56)

Производя дифференцирование , r~-

dyi дуг

- и подстав-ok

ляя выражения (3.56) в формулу для добротности (3.3), получим

X sin л/ - с [- У1У2 {kk cos kk sin kk + kk sin kk cos /j) - - yi sin cos A/j - уг cos sin kk - k{k - k) sin A{k -k)+ + (yMi - yikk) cos cos Л/г + {yikk - ykk) sin kk sin */ ]}.

(3.57)

Значение шунтирующей реакгиШвости i С и место ее включения (т. е. k и h) определяются по етодике, изложенной выше.

Результаты расчета по ф-ле (3.57) добротности резонатора, образованного нормированными проводимостями, равными 5, 10 и 15 на верхней частоте диапазона перестройки, представлены на рис. 3.25. Как показывает количественный анализ полученных результатов, учет в ф-ле (3.57) третьего слагаемого и члена, зависящего от С, дает незначительную поправку, и с точностью до нескольких процентов можно считать, что нагруженная добротность определяется первыми двумя членами в ф-ле (3.57), т. е.

г, 1 / л

\- yiyS cos kl - (yi + у г) COS kl].

(3.58)

Результаты расчета но ф-ле (3.58) рредставлены на ip c, 3.25 сплошными линиями.

При небольших диапазонах перестройки (до 10%) произведение и сумма У1 и у2 в ф-ле (3.58) сохраняются постоянными. Таким образом, частотное изменение нагруженной добротности при

перестройке определяется только изменением - а k.

На рис. 3.26 Приведена зависимость

от величины емкост

ной и индуктивной проводимостей реактивностей, образующих резонатор, \{\у\\ = \у2\=у)< вычисленная по ф-ле (3.58). Там же приведены для

сравнения зависимости

от реактивности для индуктивного и емкостного резонаторов.

iPiHC. 3.25. (Завясимость а-пру-женной добротности индуктивно-емкостного резонатора от длины волны

Рис. 3 26. Зависимость нагруженной добротности резонаторов от проводимости:

1 - лидуктивио-емкостиой резонатор-.

2 - индуктивный резонатор; 3 - емкостный резонатор

Добротность для индуктивного и емкостного резонаторов вычислялась по ф-лам (3.1) и (3.15).

Результаты экспериментальных исследований

Эскиз резонатора представлен на рис. 3.27. Резонатор выполнен на волноводе сечением 48X24 мм. Емкостная проводимость-реализована в виде симметричной диафрагмы толщиной 6 мм с зазором 1,7 мм и 2,7 мм. Зазор 1,7 мм приблизительно соответствуег добротности резонатора 120, зазор 2,7 мм - добротности 35. Индуктивная проводимость реализована в виде трех индуктивных стержней, расположенных в волноводе на равном расстоянии от

стенок и друг от друга. Радиус стержней составлял 1,2 мм ь 0,6 мм соответственно для добротности 120 и 35. Резонатор с Q=35 перестраивается емкостным металлическим винтом диаметром 10 мм, вводимым в резонатор через широкую стенку волновода на различных расстояниях k от индуктивности.

Рис. 3.27. Эскиз индуктивно-емкостного резонатора:

а) при перестройке через широкую стенку волновода;

б) при перестройке через узкую стенку волновода

На рис. 3.28 представлены зависимости коэффициента бегущей волны (кбв) в центре полосы пропускания от частоты, на которую настроен резонатор для различных .мест включения емкостного эле-

Рис. 3.28. Зависимость 0,9 коэффициента бегущей волны от частоты для индуктивно-емкостного резонатора для различных мест включения емкостного элемента настройки; Qh=35 0,8

мента настройки. Настройка в резонанс производится погружением емкостного винта.

На рис. 3.29 представлены результаты измерения кбв резонатора при оптимальном положении настроечного стержня, вводимого в резонатор через узкую стенку волновода. Диаметр стержня 12 мм. На рис. 3.29 представлены две кривые, отличающиеся направлением распространения энергии в резонаторе при измерениях. Некоторое расхождение кривых можно объяснить тем, что величина потерь в диафрагмах резонатора различна. Рассмотрение кривых рис. 3.29 приводит к заключению, что имеется до-

статочно широкая полоса частот (до 10%), в которой резонатор настраивается до высокого коэффициента бегущей волны (больше 0,9) при фиксированном расстоянии настроечного элемента от ин-

0,35

Таблица 3.4

Рис. 3.29. Зависимость коэффициента 6eryutdi волны от частоты для индуктивнй-емкостного резонатора при различных направлениях расаространения энергии

Qh=120, -у- =0,3

дукпианоста. Это раостояийе составляет около 0,3 от общей длдаы резонатора.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для выбора оптимального места включения элемента перестройки -y-j

представлено в табл. 3.4.

Как видно из данных табл. 3.4, экспериментальные значения

~ несколько превышают расчетные. Для резонатора с добротностью 35 это превышение cocтaвляet 3,5-f-7%, а для резонатора с добротностью 120 - около 10%. Это расхождение обусловлено тем, что расчет производился по приближенной эквивалентной схеме и не учитывались активные потери резонатора. Для резонатора с добротностью 120 потери составляют 0,2ч-0,3 дБ, а для резонатора с добротностью 35 - около 0,1 дБ.

Расширение диапазона перестройки с помощью наклонного стержня иллюстрируется рис. 3.30, на котором представлены кривые по согласованию при перестройке резонатора обычным стержнем (т. е. вводимым под углом 90° к широкой стенке волновода) и наклонным стержнем. Наклонный стержень вводился в резонатор под углом 80°. Как видно из этого рисунка, применение наклонного емкостного стержня расширяет диапазон перестройки приблизительно в 1,5 раза.,

Сравненне экспериментальных и расчетных данных по нагру-жемюй добротйости резонатора (ipMc. 3.31) покавьшает, что име-110

ется достаточно хорошее совпадение расчета с экспериментом. Из этого можно сделать вывод о допустимости приближений, принятых при выводе формул для нагруженной добротности.

kSS 0,S

0,75

Рис. 3.30. Зависимость коэффициента бегущей волиы от частоты для индуктивно-емкостного резонатора:

/ - настройка обычным стержнем; 2 - настройка наклонным стержнем

Рис. 3.31. Зависимость нагруженной добротности индуктивно-емкостного резонатора от частоты

3.5. ВЫБОР СПОСОБА ПЕРЕСТРОЙКИ РЕЗОНАТОРА. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТА ПЕРЕСТРОЙКИ

Выбор элемента перестройки резонатора

Сравним между собой два способа перестройки волновод-ного резонатора: перестройку с помощью металлического стержня, вводимого в резонатор через широкую или через узкую стенки волновода и перестройку с помощью бесконтактной ловушки (рис, 3.32). Для этого рассмотрим зависимость резонансной частоты, нагруженной и собственной добротностей резонатора, от глубины погружения стержня. Эти данные получены экспериментально для резонаторов на прямоугольном волноводе сечением 48x24 мм. Диафрагмы резонаторов выполнены из трех индуктивных стержней, л их диаметры соответствуют нагруженным добротностям около 100 и 200. Резонаторы перестраиваются металлическими стержнями различного диаметра (2=0,15 а и 2/?=0,3 а). Стержни вводятся в центр резонатора через бесконтактную ловушку .

На рис. 3.33 представлена зависимость отноеительной расстройки индуктивного резонатора от глубины погружения стержня через узкую стенку волновода для резонаторов с добротностью 100 .4 200. Стержень при пюгружении в рез101н,атср через уз1кую стенжу сначала (до /=0,25а) оказывает индуктивное действие (резо-