бегущей волны 0,93 удалось провести всего лишь двумя последовательными приближениями.

Волноводный разделительный фильтр на четыре ствола

Фильтр предназначается для разделения или сложения сигналов четырех купвшов в (Общем а1нте1Н1но-1В101Л1но1водном траете. Характерной особенностью этого фильтра является использование в качестве первых входных звеньев фильтра ствола добавочного контура, образованного нескомпенсированными реактивностями разделительного фильтра. Кроме того, этот фильтр отличается от описанного выше на 5 стволов тем, что фильтры каналов максимально приближены к точке разветвления. Это облегчает настройку и позволяет получить разветвитель с более высокими электрическими характеристиками.

Фильтр должен удовлетворять следующим техническим требованиям: разнос между центральными частотами стволов ~ =2%;

для каждого рабочего ствола в пределах полосы частот около 0,5% коэффициент бегущей волны составляет не менее 0,8. Селектив-

Рис. 4.15. Волноводный разделительный фильтр иа четыре ствола

НОСТЬ разделительного фильтра обеспечивает развязку не менее 60 дБ Н,а щентральных частотах соседних каналов (яапример, при расстройке на ±2% от центральной частоты ствола).

Схема разделительного фильтра на четыре ствола показана на рис. 4.15. Разделительный фильтр состоит из четырех фильтров

стволов и разветвителя. Фильтр ствола имеет максимально-плоскую частотную характеристику. Этот выбор обусловлен требованием высокого согласования в полосах пропускания стволов. Расчетный коэффициент бегущей волны фильтра в полосе пропускания равен 0,9. Расчет показывает, что фильтр ствола должен состоять из шести звеньев. Нагруженная добротность фильтра Q = = 65. Нагруженные добротности звеньев фильтра Qi=Qs=l7, Q2 = Q5=46, Q3=Q4=63.

Вычислим паразитную добротность разделительного фильтра.

f л \2

Расчет по ф-ле (4.24) для р = 1 и

= 2 показывает, что доб-

ротность паразитного контура за счет соединительных отрезков близка к 4, а за счет расстроенных фильтров стволов составляет около 18, т. е. оказывается соизмеримой с добротностью входного контура, равной 17. При таком соотношении добротностей паразитного и входного контуров фильтра ствола в качестве- первого звена фильтра следует использовать паразитный контур разделительнрго фильтра. Для возможности независимой насТройки фильтров ство-. лов и последующей настройки разделительного фильтра первые звенья фильтров выполняются так, что их добротность может изменяться от расчетной (равной 17) до нуля. Для этого первое звено фильтра выполняется в виде отрезка волновода с тремя емкостными винтами. Этот отрезок волновода путем регулировки погружения винтов может выполнять как роль первого звена фильтра, так и трансформатора между паразитным контуром и фильтром. Диаметр винтов, расстояние между ними и максимальное погружение рассчитываются ([35] и ф-лы (3.1) и (3.15)) так, чтобы получился емкостный резонатор с добротностью, равной расчетной добротности входного звена фильтра. Емкостная проводимость создается погружением крайних винтов, средний винт служит для подстройки резонансной частоты.

Остальные звенья фильтра выполняются на стандартном прямоугольном волноводе с индуктивными проводимостями. Каждая индуктивность представляет собой диафрагму из трех штырей, соединяющих широкие стенки волновода. Подстройка резонаторов осуществляется емкостными винтами, расположенными на широкой стенке в центре резонаторов. Связи между резонаторами фильтра - четвертьволновые.

Фильтры стволов подсоединяются к общей линии (см. рис. 4.15) с помощью трех 120-градусных симмегричных тройников в Я-плоскости. Поскольку в описываемом фильтре добротность входного звена фильтра соизмерима с добротностью паразитного контура разделительного фильтра, последний требует тщательной экспериментальной отработки. Процесс отработки следующий: фильтры-стволов настраиваются вместе с первым звеном - трансформатором для получения расчетных характеристик. Затем фильтры первого и второго стволов соединяются с помощью тройника. Расстояния между фильтрами и тройником должны быть минималь-

6-1вв lei

ными, они подбираются экспериментально с помощью прокладок между фланцами так, чтобы получить максимальное согласование на центральных частотах стволов. Аналогично объединяются фильтры третьего и четвертого стволов. Затем настроенные филь-1ры соединяются в общую схему с помощью третьего тройника. Расстояние между тройниками подбираются так, чтобы получить максимальное согласование на входе разделительного фильтра на частотах, расположенных соответственно между первым и вторым стволами и между третьим и четвертым стволами. Для этого поочередно один из тройников с фильтрами заменяется согласованной нагрузкой и подбирается расстояние между оставшимися двумя тройниками. При такой настройке разделительный фильтр оказывается несколько расстроенным на всех частотах стволов.

Теперь необходимо настроить разделительный фильтр в полосе частот стволов. Для этого следует заменить первые входные звенья фильтров паразитным контуром разделительного фильтра. Поскольку добротность паразитного контура для разных стволов различна и место включения зтого контура не определено, то производится регулировка с помощью трансформаторов-фильтров, включенных между тройниками и фильтрами стволов путем постепенного уменьшения глубины погружения настроечных винтов. На экране осциллографа свипгенератора наблюдаются частотные характеристики стволов, и поочередной регулировкой трансформаторами в соответствующих стволах фильтры подстраиваются на максимальное согласование в полосе частот. Настройка повторяется последовательно два-три раза.

hSS 7

0,8 0,7

У 0,5 0,f

-а5 f; +9,5 -0,5 fz +0,5 -0,5 +0,5 -0,5 Гц uf%

Рис. .4.16. Частотные характеристики волноводного разделительного фильтра на четыре ствола

На рис. 4.16 приведены экспериментальные частотные характеристики разделительного фильтра на четыре ствола в сантиметровом диапазоне частот. Из них видно, что коэффициент бегущей волны в полосе ярозрачиооти 0,5% составляет не- менее 0,8 при разносе между центральными частотами стволов 2%. Измеренная величина развязки на центральных частотах соседних каналов рав-

на около 60 дБ, а в полосах соседних стволов - не менее 40 дБ, потери в полосе прозрачности стволов составляют около 0,6 дБ, что всего на 0,1 дБ больше, чем у отдельных фильтров стволов. Это увеличение потерь в разделительном фильтре связано с некоторым рассогласованием разделительного фильтра (коэффициент бегущей волны равен 0,8 вместо 0,9 у фильтра) и активными потерями за счет разветвителя (около 0,05 дБ).

4.3. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ФИЛЬТРЫ В СХЕМАХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СЕЛЕКЦИИ

Разделительные фильтры многоствольных систем выполняются, как правило, неперестраиваемыми. Задача создания перестраиваемых по частоте фильтров стволов возникает в частном случае в двухканальной системе, когда необходимо совместить, например, перестраиваемые по частоте передатчик и приемник для работы на общую антенну. Двухствольные системы с параллельной селекцией называются дуплексерами.

Перестраиваемые дуплексеры могут быть двух типов. В дуп-лексерах первого типа частоты стволов меняются произвольно во всем заданном диапазоне частот с сохранением минимального разноса между частотами. В дуплексерах второго типа весь диапазон разбивается на два поддиапазона с защитным промежутком между ними, частоты стволов меняются только в этих поддиапазонах. Ясно, что в первом случае устройство является более сложным и широкополосным. Схема перестраиваемого дуплексера первого типа изображена на рис. 4.17. Дуплексер представляет собой тройник, в плечи которого на расстоянии четверти длины волны на средней частоте диапазона включены фильтры Ф\ и Фг. Сигнал с частотой fi поступает на вход дуплексера и ответвляется в приемное плечо. На этой частоте фильтр в плече передатчика имеет малое входное (:опротивление, которое через линию длиной четверть волны и/ пересчитывается на вход тройника fV как большое входное сопротивление.

Рис. 4.17. Схема перестраиваемого дуплексера

Рнс. 4.18. Схема широкополосного коаксиального тронннка для дуплексера

Поэтому энергия в плечо передатчика не ответвляется. Аналогично сигнал передатчика с частотой /2 поступает через согласованный фильтр на вход тройника и ответвляется в общий канал. В канал приема сигнал не попадает, так как в нем имеется расстроенный для этой частоты фильтр.

При параллельном соединении двух перестраиваемых фильтров их частотные характеристики искажаются по двум причинам: от изменения положения плоскости короткого замыкания фильтра, зависящего от разницы частоты настройки фильтров и величины добротности крайних звеньев, и от изменения электрической длины плеча тройника. Изменение, электрической длины плеча тройника при фиксированном положении плоскости короткого замыкания легко компенсировать, включив дополнительные реактивности в плечи тройника. Такой тройник в коаксиальном исполнении изо-, бражен на рис. 4.18. Расчет тройника [48] показывает, что он может обеспечить высокое согласование в широкой полосе частот

(данные расчета приведены в табл. 4.4). Так, расчетный коэффициент бегущей волны 0,95 обеспечивается при - =0,75 в

двойном диапазоне частот.

В волноводном варианте широкополосный тройник выполняется в виде 120-градусного разветвления в -плоскости. Такой тройник оказывается хорошо согласованным в широком диапазоне частот. Фильтры в ответвлениях включаются так, чтобы входная реактивность оказалась в непосред-ственной близости от боковой стенки тройника, так как плоскость короткого замыкания высокодоброткых резонаторов близка к сечению,/Рде включена входная реактивность. Поэтому основным фактором, определяющим минимальный разнос по частоте между средними частотами соседних стволов, является изменение положения плоскости короткого замыкания расстроенного

Таблица 4,4

фильтра.

Рис. 4.19. Эквивалентная схема перестраиваемого дуплек-сера

Коэффициент отражения на входе тройника можно рассчитать с помощью эквивалентной схемы, изображенной на рис. 4.19. Здесь

У2 === i 4Q - я 14Q - нормиро-

/1 /о

ванная проводимость на частоте fi на Вм\- входе фильтра, настроенного на ча-J стоту/2; g=l - активная проводимость фильтра, настроенного на частоту fi; Яо -средняя длина юолны диапазона; А/ - расстройка между частотами стволов.

Заменим реактивность уг отрезком короткозам нутой линии. Эффективная длина этого отрезка определяется иа условия

t/a = 4Q = ctg

эфф>

откуда

эфф = -arctg

4QAf

(4.26)

При больших величинах уъ что обычно имеет место для перестраи-. ваемых дуплексеров, тангенс в ф-ле (4.26) можно заменить его аргументом:

1эфф =

4 2л Q Д /

(4.27)

В зависимости от знака реактивности у, /эфф может быть положительным или отрицательным.

Из ф-лы (4.27) следует, что положение плоскости короткого замыкания определяется рабочей частотой, добротностью и относительным разносом стволов по частоте. Основное влияние на положение плоскости короткого замыкания оказывает последний фактор, так как относительный разнос по частоте изменяется при перестройке в несколько раз, в то время как изменения частоты и добротности составляют несколько десятков процентов я ими можно пренебречь. Проводимость на входе тройника при этом

.BX = Ctg?J(/-,/,) = Ctg(/+)

(4.28)

Определим длину тройника / так, чтобы входная проводимость равнялась нулю при максимальном разносе частот. Затем по ф-ле (4.28) нетрудно рассчитать минимальный разнос частот, зная нагруженную добротность первого звена фильтра Q и допустимую нескомпенсированную проводимость увх-

Для перестраиваемых дуплексеров ф-лу (4.28) можно упростить. Обычно ширина полосы пропускания ствола в перестраиваемых дуплексерах невелика и не превышает 1%, т. е. перестраиваемые фильтры являются узкополосными. Добротности входных звеньев составляют не мшее 25-f-30. Диапазон перестройки дуп-леюсера обычно составляет около 10%. В этих условиях при (максимальном разносе частот стволов 4фф будет близко к нулю,

а )/ близко к -- . Тогда :отноаитешьное изменение ноложения 4

плоскости короткого замыкания при минимальном разносе частот 7°-150 165