зитного контура не должна превышать расчетную добротность входного зйена фильтра. Рассчитаем в качестве примера паразитную добротность разветвителя, состоящего из четырех каналов, с добротностью входного звена фильтра Q=20 и относительным аз-

:Носом частот =2%. Расчет по ф-ле (4.24) для р=1 и =2

доказывает, что добротность паразитного контура за счет соединительных отрезков оказывается равной около 4, а за счет расстроенных контуров около 18. В этом случае суммарная добротность паразитного контура получилась соизмеримой с добротностью входного звена фильтра. Дальнейшее расширение полосы пропускания канала (т. е. уменьшение Q фильтра) или уменьшение частотного разноса между каналами приведет к резкэму искажению характеристики разветвителя.

В заключение параграфа сделаем замечание о расчете фильтров стволов для систем параллельной селекции. Одним из требований, предъявляемых к разделительному фильтру, является обеспечение защиты р1абочепо ствола юа частотах остальных стволов. Так как на этих частотах разветвитель согласован, то напряженность поля перед фильтром рабочего ствола уменьшается вдвое по сравнению со случаем включения в линию одного фильтра, когда перед ним на частотах вне полосы пропускания образуется стоячая волна. Расчет величины затухания фильтра вне полосы пропускания относится именно к этому второму случаю. Таким образом, при наличии согласования напряженность поля перед фильтром падает вдвое, что приводит к увеличению затухания на частотах нерабочих каналов на 6 дБ по сравнению с расчетным затуханием фильтра. На частотах, промежуточных между частотами стволов, затухание фильтра равно расчетному. Поэтому обычно фильтры для разветвителя рассчитываются на требуемое затухание без запаса по величине затухания. Однако когда необходимо обеспечить минимальные потери в фильтрах, то при расчете затухание фильтра соответственно уменьшается на 6 дБ. Увеличе-:Ние затухания на 6 дБ при параллельном соединении фильтров является дополнительным преимуществом системы параллельной .селекции.

Коаксиальный разделительный фильтр на пять стволов

Фильтр [47] предназначен для разделения или сложения -сигналов пяти стволов в общем антенном коаксиальном тракте. -Фильтр удовлетворяет следующим техническим требованиям: центральные частоты стволов равны 1760, 1780, 1800, 1820, 1840 МГц; для каждого рабочего ствола в пределах полосы частот ±4 МГц коэффициент бегущей волны составляет не менее 0,8; селективность должна составлять не менее 30 дБ при расстройке на ±20 МГц.

Разделительный фильтр состоит из пяти фильтров стволов и разветвителя. Фильтры подсоединяются к общей линии через чет-

вертьволновые отрезки. Фильтр ствола имеет чебышевскую частотную характеристику с неравномерностью, соответст8ующей коэффициенту бегущей волны в полосе пропускания не ниже 0,9. Расчет показывает, что фильтр ствола должен состоять из трех звеньев с нагруженной добротностью звеньев Qi=Q3=70, .Qa-110.

Вычислим паразитную добротность разделительного фильтра. Расчет по ф-ле (4.23) показывает, что добротность паразитного контура за счет соединительных отрезков равна 1,5, а за счет расстроенных контуров около 20, т. е. оказывается меньше добротности входного контура фильтра, равной 70. При таком соотношении добротностей следует увеличить добротность входного звена фильтра приблизительно до 90 и подстраивать входные звенья фильтров в са.мом разветвителе. Для относительного сдвига частоты входного контура, необходимого для подстройки фильтра [см. ф-лу (4.7)], имеем а 0,2 что обеспечивает настройку разветвителя методом последовательных приближений.

Конструкция разделительного фильтра показана на рис. 4.8. Фильтры стволов выполнены на коаксиальной линии сечением ЗОХ Х8,5 мм и состоят из трех полуволновых резонаторов 4 с четвертьволновыми связями. Каждый резонатор ограничен двумя рядами из трех индуктивных стержней 5, расположенных под углом 120°. Стержни, образующие индуктивную решетку, ввинчиваются в наружную трубу, а концы стержней входят в отверстия в центральном проводнике. Концы стержней облужены кадмиевым припоем. После сборки весь фильтр прогревается в печи и концы стержней пропаиваются. Такая конструкция фильтра обеспечивает надежное крепление центрального проводника. Внутренняя поверхность трубы, центральный проводник и стержни серебрятся с целью уменьшения потерь. Фильтры разных стволов конструктивно одинаковы и отличаются только частотой настройки.

Разветвитель 2 разделительного фильтра представляет собой цилиндр с крышками на торцах. К одному торцу присоединяется вход-

Рис. 4.8. Коаксиальный разделительный фильтр иа пять стволов:

1 - входная линия; 2 - разветвитель; 3 - выходная линия; <-полувол-новый резонатор; 5 - индуктивный стержень; 6- настроечный вннт; 7 - паук разветвителя

,ная 75-омная линия 1, а с другого торца выходят 5 коаксиальных лииий 3 сечением 30Хв,5 мм. Входная и выходная линии соединя-.ются между собой так называемым пауком 7. Данная конструкция разветвителя позволяет изготовлять трехзвенные фильтры стволов без разъемов. Все токопроводящие элементы имеют резьбовое соединение.

Для облегчения изготовления и электрической отработки все коаксиальные выходы расположены симметрично. При экспериментальной отработке разветвителя к одной из выходных линий присоединяется со-гласбванная нагрузка, а к остальным линиям присоединяются 4 ко-роткозамыкающих поршня. Отработка разветвителя состоит в подборе размеров паука 7. На фиксированной частоте эквивалентная схема разветвителя выбором отсчет-ных плоскостей может быть сведена к шунтирующей проводимости и идеальному трансформатору (рис. 4.9а). Подбором поршней эту реактивность необходимо скомпенсировать. Поэтому на первой стадии отработки подбирают такое положение всех четырех поршней, при котором коэффициент бегущей волны бу,п,ет максимальным на средней частоте диапазона. При максимальном коэффициенте бегущей волны реактивности компенсируются и на эквивалентной схеме останется только идеальный трансформатор (рис. 4.96). Для полного согласования необходимо сделать коэффициент трансформации равным единице. Это осуществляется подбором толщины паука в месте подсоединения входной линии. При этом в силу симметрии конструкции оказывается согласованным любой ствол.

Рис. 4.9. Эквивалентная схема коаксиального разделительного фильтра иа пять стволов: а) до компенсации реактивности; б) после компенсации реактивности

Рис. 4.10. Частотные характеристики коаксиального разделительного фильтра на пять стволов

На рнс. 4.10 приведены экспериментальные частотные характеристики разделительного фильтра (по коэффициенту бегущей волны). Измеренная величина развязки при расстройке на ±20 МГц относительно центральной частоты любого ствола составляет не менее 35 дБ, потери в полосе прозрачности составляют около 1 дБ.

Волноводный разделнтельный фильтр на пять стволов

Характерной особенностью описываемого фильтра является регулируемая связь фильтра ствола с основным волноводом [46]. Использование переменной связи позволяет просто и эффективно компенсировать остаточную реактивность разделительного фильтра. Разделительный фильтр имеет следующие электрические характе-

ристики: разнос между центральными частотами стволов

1,3%; ширина полосы пропускания ствола составляет около 0,1%, коэффициент бегущей волны в полосе пропускания - не менее 0,8.

Фильтры стволов состоят из двух звеньев с добротностью звеньев, равной около 130. Оценка добротности паразитного контура разветвителя [ф-ла (4.25)] показывает, что она получается равной 7, что значительно меньше добротности входных звеньев фильтра. При этом ра31ветв1итель .может бьггь iHaicrpoeiH методом ;посл1едш.а-тельных приближений. Для от-

носительного сдвига частоты входного контура, необходимого для подстройки, имеем а = = 0,05 [ф-ла (4.7)].

Схема разделительного фильтра показана на рис. 4.11. Фильтр состоит из основного волновода, к боковым стенкам которого присоединены четыре фильтра стволов (1, 2, 4, 5-й стволы). Фильтр 3-го ствола является непосредственным продолжением волновода. Фильтры 1, 2, 4, 5-го стволов находятся на расстоянии, кратном четверти длины волны в волноводе, на средней частоте диапазона от входной проводимости фильтра 3-го ствола, т. е. от плоскости его короткого замыкания.

Реактивности звеньев фильтра выполняются из трех ин-

Вход

Рис. 4.11. Волноводный разделительный фильтр на пять стволов

Рис. 4.12. Переменная связь фильтра стиола с разветвителем

дуктивиых стержней, (замыкающих широкие стенки волновода. Входная реактивность первого звена выполняется переменной, например, в виде двух ступенчатых винтов (рис. 4.12), которые после настройки запаиваются. Выходная реактивность первого звена рассчитывается, исходя из заданной добротности. Настройка фильтра ствола осуществляется

емкостным винтом, расположенным в центре резонатора.

На вход разветвителя поступают сигналы с частотами fi, (ь fa, /4, /б- Для частоты /з все фильтры в ответвлениях являются расстроенными и поэтому эффективно закорачивают боковую стенку волновода, представляя для частоты 3-го ствола небольшие реактивности. Для других частот фильтр третьего ствола имеет малое входное сопротивление и энергия, отражаясь от этого фильтра, ответвляется в соответствующее плечо. Плечи нерабочих стволов представляют для ответвляемого ствола небольшие реактивные сопротивления. Таким образом, для 1, 2, 4 и 5-го каналов фильтр ствола включен в основной волновод через уголок в Я-плоскости. Заметим, что ответвления в Я-плоскости конструктивно более удобны, чем в Е-плоскости, однако это не исключает возможности использования последних для разделительного фильтра.

Поскольку уголок в Я-плоскости и расстроенные фильтры вносят в фильтр ствола дополнительную реактивность, то ее необходимо скомпенсировать. В идеальном случае фильтры в ответвлениях должны помещаться на расстоянии, кратном -, от точки

короткого замыкания, т. е. в пучности электрического поля. В реальном разветвителе а 1конце В!ОЛ1Н0В10Да имеется ие идеальное замыкание, а фильтр. Поэтому при расчете положения элемента ответвления необходимо вводить поправки на положение плоскости отсчета фавы относительно входной неоднородности фильтра и на смещение плоскости короткого замыкания, вызываемое реактивной проводимостью контура. Кроме того, положение пучности зависит от реактивностей, вносимых всеми ответвлениями. Электрическая длина Отрезка прямого волновода, к которому присоединен по узкой стенке расстроенный фильтр, несколько меньше его геометрической длины. Это укорочение определяется экспериментально, оно мало зависит от частоты и близко к укорочению для тройника в Я-плоскости.

Из-за приближенности расчетов положение элемента ответвления практически значительно смещается от расчетного, что требует тщательной экспериментальной подгонки. Необходимость такой подгонки ясна из хода кривой 2 на рис. 4.13. Эта кривая показы-

Смещение окна связи

Рис. 4.13 Зависимость коэффициента бегущей волны ствола от положения окна связи вдоль волновода: /) с подстройкой связи; i) без подстройки

ваег, какое максимальное согласование может быть получено за счет подстройки частоты фильтра винтом при различных положениях окна связи вдоль волновода. Оказывается, что при ошибке в месте подключения фильтра всего на 2 мм (в диапазоне 9 ООО МГц) уже невозможно настроить его на коэффициент бегущей волны выше 0,8.

С целью преодоления указанной критичности связь фильтра с волноводом выполняется переменной с помощью двух ступенчатых стержней, расположенных в плоскости узкой стенки основного волновода, как показано на рис. 4.12. Регулировка погружения ступенчатых стержней позволяет изменять эффективное положение окна связи вдоль волновода. Как видно из кривой I рис. 4.13, такая подстройка связи обеспечивает настройку фильтра до коэффициента бегущей волны 0,95 при смещении окна связи до 9 мм. Благодаря этому отпадает необходимость в экспериментальном определении местоположения боковых плеч. Их достаточно расположить на расчетном расстоянии, кратном ~ , от плоскости входной решетки

фильтра в основном волноводе. Настройка осуществляется обычным способом по входному коэффициенту бегущей волны фильтра, нагруженного на согласованную нагрузку. Настройка производится как изменением резонансной частоты, так и подбором связи. При Этом ячейка (состоящая из уголка в Я-плоскости и фильтра) настраивается до коэффициента бегущей волны 0,96-0,97.

Экспериментальная частотная характеристика разветвителя на пять каналов приведена на рис. 4.14. Настройку на коэффициент

OS Оз

Рис. 4.14. Частотная характеристика волноводного разделительного фильтра на пять стволов