Для этого определим производные: = -у (cos kl + j/i sin kl)

- = - f - (yi +£/2) / sin + yyyl cos d 0)

[-fell

Подставляя (4.45) в (4.44), получим

(4.46)

- г/sinW).

Учитывая, что на частоте резонанса tgkl =--, получим

klVy*+4y + -LQy

где kl определяется из условия (3.1):

= -arctg--\-пя, п = 1, 2, 3 . . .

QsA/

(4.47)

(4.48)

При значениях проводимости больше трех ф-ла (4.47) принимает вид

пя + Q,

(4.49)

В случае, когда средняя частота полосы пропускания будет расположена выше полюса затухания, реактивность режекторного контура г/2 будет иметь емкостный характер, т. е. проводимость уг будет положительной. При компенсации ее индуктивной проводимостью yi (как и в первом случае) расстояние между реактивностями kl будет равно пл. С учетом этого добротность определится ф-лой (4.49) для любых значений у.

В ф-лах (4.47) и (4.49) первый член представляет собой добротность фильтра, образованного из двух реактивностей, не зави-сяших от частоты. Второй член дает поправку, связанную с тем, что одна из реактивностей изменяется с частотой по закону

На основании вышеизложенного можно рекомендовать следующий порядок расчета фильтра с несимметричной характеристикой.

1. По заданной ширине полосы заграждения 2Д/з (по уровню-Ьз в децибелах) из ф-лы (4.41) ориентировочно определяется добротность режекторного онтура Qa-

2. Исходя из заданного разноса по частоте между полюсом затухания и центром полосы пропускания Д/ и требуемой добротности Qn в полосе пропускания совместным решением ур-ний ,(4.47) и (4.48) определяется целое число полуволн контура п и величина индуктивной проводимости yiy. Значение Qa при этом, может несколько отличаться от ранее определенного в п. 1.

3. Для контура, изображенного на рис, 4,36, число полуволн п.

Р+ 1

связан с числом четвертей волны р соотношением п= ,

4. По ф-ле (4,40) определяются геометрические размеры режекторного контура, В случае больших нагруженных добротностей, когда длина контура получается большой {р>\), он может быть заменен на полуволновый резонатор, связанный с основным волноводом через большие реактивности (отверстия, щели или индуктивные стержни) {3].

5. Полоса режекции фильтра с несимметричной характеристикой определяется суммарным затуханием режекторного контура, описываемого выражением (4.41), и затуханием, вносимым реактивностью г/1. Суммарная характеристика в полосе режекции будет иметь более крутой скат в сторону полосы пропускания и значительно более пологий скат в сторону от полосы пропускания, чем у режекторного контура. Это может быть учтено при экспериментальной доработке фильтра.

4.5. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ДВУХ РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ ЧАСТОТ

Общие сведения

Параллельная селекция двух высокочастотных стволов, расположенных в различных диапазонах частот, применяется там, где необходимо обеспечить минимальные потери при разделении стволов, например во входных устройствах малошумящих усилителей. Направленные ответвители с полной связью (направленные фильтры [3]), которые могут быть использованы для этих целей, сами имеют значительное затухание (около 0,5 дБ), в то время как в-схемах параллельной селекции потери разветвителя близки к нулю.. Кроме того, параллельная селекция дает значительный выигрыш в габаритах и весе.

На рис. 4.39 приведена схема разделительного фильтра для селекции двух диапазонов частот, основанная на использовании пре-

185.

дельных свойста (волноводов. В общий волновод / поступают сигналы первого и второго отводов, которые необходимо разделить. Пусть частота пераого ствола выше частоты второго ствола. Размер широкой стенки (волновода / вьлбран так, что в нем могут раопросггранятьоя сигналы обоих СТВОЛОВ. Волновод / с одной стороны переходит в волновод 2. Сечение волновода 2 выбирается таким, что в нем могут распространяться сигналы первого ствола, а для частот второго ствола этот волновод является запредельным. Поэтому энергия частот второго ствола отражается от места стыка волноводов и ответвляется в волновод 3, В1ключенный на расстоянии около четверти длины ВОЛНЫ а волноводе / от .места стыка волноводов. В волноводе 3 имеется (фильтр Фг, настроенный на частоту (второго ствола. Энергия частот первого (ствола в волновод 3 не ответвляется.

Рис. 4.39. Схема разделительного фильтра для селекции двух диапазонов частот:.

/ - общий волновод; 2 - волновод первого ствола; 3 - волновод второго ствола

Конструкция фильтра

На рис. 4.40 приведена конструкция разделительного фильтра, удовлетворяющего следующим техническим требованиям:

- ча(сто(Ты каналов перйошо ст1В0(ла (Пр€1вышают частоты каналов второго ствола в 1,5-2 раза;

- развязка между рабочими каналами ствола-не менее -20 дБ;

- затухание в каналах одного ствола на частотах другого ствола - не менее 100 дБ;

- полосы прот1у к:ания жашлт по уровню коэффициента бегущей волны, равного 0,8, -около 1-1,6%;

- потери (В каналах первого ствола - около 0,1 дБ, а в каналах второго - не более 0,3 дБ.

На рисунке устройство объединения каналов в первом стволе не показано, оно может быть выполнено по параллельной или последовательной схеме в зависимости от требований.

Разделительный фильтр состоит из двух канальных фильтров 1, работающих в нижнем диапазоне частот. Эти фильтры подсоединены к общему входному юлноводу 2. Волновод 2 с помощью вкладышей 3 переходит в волновод 4 с размером широкой стенки, предельным для частот второго диапазона. Необходимое затухание на частотах,Второго диапазона обеспечивается длиной волновода 4. Для частот первого диапазона этот размер не является предельным, и поэтому эти частоты распространяются по волноводу 4.

Дзгя им чтобы согласовать скачок тотовъЕИ сопротивлений (При переходе от волновода 2 к волноводу 4, а тахже скомпагсировать рассогласование, обусловленное окнами СВЯЗИ фильтров второго Диапазона, ис-полвзукися настроечные стержни 5. Количеорво настроечных стержней и их местоположание за(висят от ширины полосы первого диапазона и величины необходимого со(11лаоавани1Я.

Окна авязи 6 канальных филетров второго ствола ра(аположены симметрично относительно оси волн1бво-да 2 но его боковым станкам. Симметрия окон связи рис. необходима для предотвращения (вознииновения в волноводе 2 (ВЫСШИХ типо(в воля на частотах первого диапазона, хотя ИЗ соображений лучшего со(гласо(вания в каналах на частотах второ(го диапазона их местоположение должно быть несимметричным. Расстояние от места стькка волноводов 2 vr4 т центра окна овязи фильтра должно (быть ~ -.

Размер окна связи фильтра подбирается в процессе настройки совместно с волноводом 2. Размер окна связи должен обеспечивать необходимую нагруженную добротность первого звена. Для обеспечения большого затухания в каналах второго ствола на частотах первого ствола фильтры выполняются из трех звеньев с непосредственными связями на уменьшенном сечении волновода.

Настройка фильтров второго ствола производится так:

- выходные и средние звенья фильтров настраиваются по из-

мерительной линии сдвигом узла на - ;

- .входные звенья настраиваются методом последовательного приближения при .визуальном наблюдении формы частотной характеристики.

При измерении характеристик разделительного фильтра были получены следующие результаты:

- (коэффициент бегущей (вол1ны второго диапазона - около 0,85 в полосе частот каналов;

4.40. Конструкция разделительного-фильтра для селекции двух диапазонов частот:

/ - фильтр второго диапазона; 2-входной волновод; 3 -вкладыш; 4 -волновод первого днапазо. на; 5 - настроечные стержни; 5 -окно связи

- потери в каналах второго диапазона частот - не более 0,2 дБ;

- затухание между каналами во втором диапазоне частот не менее 20 дБ;

- затухание в каналах второго диапазона на частотах первого диапазона - не менее 100 дБ;

- коэффициент бегущей волны устройства со стороны общего входа на частотах каналов первого диапазона - не менее 0,9.

4.6. ФИЛЬТРЫ НА УМЕНЬШЕННОМ СЕЧЕНИИ

Полоснапропускающие фильтры, выполненные в виде резонаторов с четвертьволновыми связями на нормальном сечении волновода, являются прозрачными при больших расстройках от-резонансной частоты в сторону высоких частот (около 40% и выше). Это вызывает необходимость применения фильтров нижних частот. Использование дополнительных фильтров нижних частот увеличивает габариты устройства и потери на основной частоте.

Известно, что ум-еньшение объема р1езшат0ра прив-одлт к смещению паразитных полос пропускания в область более высоких частот. Размеры резонатора могут быть уменьшены до предельных

значений (а = -) и даже значительно меньше их. В этих случаях

для настройки резонатора на резонансную частоту параллельно электрическому полю глубоко вводится емкостный винт.

Однако уменьшение объема резонатора не может быть беспредельным. Оно ограничивается уменьшением собственной добротности резонатора. Поэтому размеры резонатора выбирают, исходя из компромисса между габаритами и потерями в полосе пропускания.

Ркс. 4.41. Эскиз резонатора на уменьшенном сечении волновода:

- резонатор; 2, 3 - вастроечные элементы; 4 -волноводный тракт нормального сечения; 5 - окно связи

Конструкция резонатора приведена на рис. 4.41. Для увеличения ообственной добротности рвэоиатор / выполняется в шде кубического объема. Связь резонатора с основным трактом 4 осуществляется с помощью окон связи 5. Резонатор настраивается металлическим стержнем 2 и винтом 3, вводимыми в центр резонатора.

Для определения основных размеров фильтров на уменьшенном сечении волновода необходимо знать зависимость изменения частоты настройки резонатора ют глубины попружания настроечнопа. стержня.

Для расчета воспользуемся квазистационарным методом, применяемым для расчета резонаторов клистронных генераторов [50].. Такой резонатор имеет цилиндрическую форму и схематически может быть представлен так, как это изображено на рис. 4.42а.. Здесь i> - диаметр основания цилиндрического резонатора; Я-высота цилиндрического резонатора; d - диаметр перестраивающего стержня; / - глубина погружения перевстраивающе-го стержня; h - расстояние от торца перестраивающего стержня до дна резонатора.

Змвивалентная схема такого резонатора (рис. 4А26) представляет собой параллельное соединение индуктивности, двух емкостей и сопротивления нагрузки R. Емкость Ci - сосредоточенная емкость, образованная торцом настроечного стержня и дном резонатора. Емкость Сг - соореиоточен-ная емкость, образо1ванная настраивающим 1огержнвм и баковыми стенками резонатора. Сосредоточенная индуктивность L создается токами, текущими по внутренней поверхности резонатора. Электрические параметры резонатора могут быть выражены через его геометрические размеры так [SO]:-

Рис. 4.42. Цилиндрический резонатор;

а) эскиз; б) эквивалентная схема

L= 2Я1П-5-, нГ d

14,4ft

, пФ

где/, = -1/Г;П5Е1)1.см.

(4.50>.