На рис. 4.49 изображена принципиальная схема полосового фильтра на уменьшенном сечении с двумя типами колебаний, Фильтр представляет собой объемный резонатор /, вьшошненный а резонаторе уменьшенного сечения, которое является предельным

для волны основного типа. Энергия поступает в резонатор через входной волновод 2, который овя-зываетоя с объемны/м резонатором с помощью входного отвер-стия овязи 3. Выходной волновод 5, расположенный перпенди-. кулярно волноводу 2, таязывает-ся с объем1ным резонатором с помощью выходного отверстия связи 6. Несимметричный емкостНый стержень 8 и два си.мметрич1ных емкостных отержня - 4,7 - служат для настройки объема на типы колебаний, соответствующие расположению входного и выходного волноводов. В случае строго симметричного раоположения настроечных винтов относительно несимметричного наютроечного винта связь будет минимальна. При увеличении асимметрии связь увеличивается. Методика отработки размеров окон связи для получения заданных напруженных добротностей аналогична .описанной выше для фильтров на уменьшенных сечениях.

На основе фильтра с двумя типами колебаний на уменьшенном сечении волновода может быть выполнен фильтр, иопользую-щий два объема (четырехзвенный фильтр). Эскиз фильтра представлен на рис.О.

Рис. 4.49. Фильтр на уменьшенном сечении с двумя типами колебаний: / - объемный резонатор; :2 -входной волновод; 3 - входное отверстие связи; 4, 7, 8 - настроечный стержни; 5 - выходной волновод; 6 - выходное отверстие связи

Рис. 4.50. Четырехзвенный фильтр:

/-входное ОКНО; , 3, 4. 5, -настроечные винты; в-выходное окно-7 - окно связи; а, б, в, г - направление поляризации

Два юимметрично погруженные винта - 4, 5 -настраивают фильтр в резонанс на первый тип колебаний. Несимметричные настроечные винты 8, 2 настраивают соответственно на второй и тре-

Рис. 4.51. Частотная характеристика четырехзвенного фильтра

тий ТИПЫ колеба:ний и симметричные винты 5 настраивают на четвертый тип колебаний. Настройка фильтра производится методом последовательных приближений при визуальном наблюдении за формой частотной характеристики. Предварительно фильтр настраивается по индикатору, связанному с зондом, вводимым в резонатор для связи с 1К)оле1ба-нием на соответствующих поля;ризациях.

Форма частотной характеристики экспериментального макета фильтра приведена на рис. 4.51. Полоса пропускания фильтра по уровню коэффициента бегущей волны 0,8, составляет 0,57о. Собствекная добротность фильтра с размером а=30 мм, определенная по величине потерь в полосе прапуокания, равна 3000.

4.7. ФИЛЬТРЫ ГАРМОНИК

ОТРАЖАТЕЛЬНО-ПОГЛОЩАЮЩЕГО ТИПА

Общие сведения

Полосовые фильтры, применяемые в настоящее время для разветвителей и других устройств, с целью уменьшения активных потерь выполняются на стандартных волноводах или даже объемах увелнч€(ннаго сечения. Тайне фильтры имеют паразитные полосы пропускания при значительных расстройках в сторону высоких частот. Для уменьшения излучения на гармониках шумов передатчиков, для защиты приемных трактов от возможных внешних помех, а также для исключения взаимных помех между каналами в разделительных фильтрах каскадно с полосовыми фильтрами включаются фильтры гармоник. В настоящее время известно большое число типов фильтров гармоник. Они могут быть разделены на две основные группы: отражающие и поглощающие. Отражающие фильтры выполнены так, что эн-ерпия гармоник не ,проко-дит через них, а отражается обратно к источнику гармоник. Это часто является нежелательным.

.В поглоЩающих фильтрах анергия гармоник поглощается, так как фильтр имеет согласование не только на основной частоте, но и на частотах гармоник. Среди поглощающих фильтров можно

выделить группу фильтров, работа которых основана на отражении энергии гармоник и поглощении ее в специальных нагрузках. Эти фильтры могут быть резонаяоными, т. е. отражающими и поглощающими энергию одной или нескольких гармоник, и могут иметь характеристику фильтра нижних частот. Фильтр нижних * частот пропускает энергию основной частоты, а начиная с определенной часготы, эффективно отракает или поглощает энергию. Сочетание отражающих и поглощающих свойств позволяет реализовать малые габариты фильтров и обеспечить согласование на гармониках. Ниже рассматриваются два типа отражательно-поглощающих фильтров гармоник.

Волноводный фильтр гармоник

Описываемый фильтр предназначен для использования в трактах с повышенным уровнем мощности.

Характерной особенностью этого фильтра является то, что он предназначен для подавления второй и третьей гармоник основной частоты в трактах, рабочая полоса частот которых составляет около 10 7о и разнос между полосами пропускания и заграждения достаточно велик. В этом случае резонаторы фильтра гармоник будут иметь небольшую нагруженную добротность. Схема фильтра приведена на рис. 4.52. В качестве резонаторов используются ко-

Рис. 4.52. Схема отражательно-поглощающего фильтра гармоник:

/ - основной волновод; 2 - резонатор на вторую гармонику; 3 - резонатор на третью гармонику; 4- нагрузка

fo. 2fo-3fo-

роткозамкнутые отрезки волновода, включенные в основной волновод через ответвления в -плоскости. Такой резонатор эквивалентен параллельному контуру, включенному последовательно в основную линию, или последовательному контуру, включенному параллельно в основную линию. На частотах, при которых длина короткозамкнутого отрезка близка к четверти длины волны в волноводе или кратна ей, короткое замыкание пересчитывается как разрыв в основную линию. Энергия на этих частотах отразится от резонатора и поглотится в нагрузке, включенной через ответвление в -плоскости на расстоянии около четверти длины волны от резонатора. Энергия основной частоты не будет попадать в нагрузку, поаколыку ширина волновода, в котором расположена нагрузка, выбирается предельной для основной частоты. Для увели-198

чения затухания используется несколько резонаторов, расположенных на расстоянии четверти длины волны в волноводе на частотах гармоники.

Расчет фильтра состоит в определении числа звеньев, их добротности и геометрических размеров резонаторов для реализации расчетной нагруженной добротности. Целвоао&ражо выполнять фильтр из одинаковых звеньев. Это обусловливает конструктивную простоту и высокую крутизну амплитудной характеристики. Коэффициент яе!редач1и режекторного (фильтра, состоящего из п одинаковых звеньев, выражается полиномами Чебышева второго рода [3]:

Рй 1 , V2.. /V4 (4.53)

2QA/

-9=.1+хч(Х).

sin (я arc COS X) где t; (X) = -;

Vn{X) - полином Чебышева второго рода /г-го порядка от аргумента Х\

п - число резонаторов; Q - нагруженная добротность резонатора; Af - расстройка от резонансной частоты; /о - частота настройки.

Полиномы Чебышева второго рода различных порядков определяются следующими формулами:

ti(X)=l; v,{X) = 2X; v,(X) = iX-\; Vi{X)8X - iX;

Вносимое фильтром затухание

дв, = 1012[1+ХХ ,(Х)].

(4.54)

На рис. 4.53 приведены расчетные зависимости величины вносимого режекторньш фильтром затухания в пределах полосы отра-Жения от величины отнаоительной расстройки для раз1ЛИчяого числа резонаторов. По приведенным графикам определяются необходимое число резонаторов и их добротность, исходя из заданного уровня затухания в полосе отражения.

Зависимость между добротностью короткозамкнутого четвертьволнового резонатора и его размерами определяется по ф-ле (4.40).

Конструкция фильтра сантиметрового диапазона волн приведена на рис. 4.54. Фильтр рассчитан по приведенной выше методике на затухание в области второй гармоники не менее 50 дБ в полосе частот около 15%. Ф,илытр состоит из четадрех резанатаров с напруженной добротностью резонаторов около 2.

Кшст.руктинно фильтр выполнен нз двух фрез1ер101ва1Н1ных деталейоснования 1 и крышки 2,-соединенных друг с другом С: помощью винтов и образующих при сборке волновод, по которому распространяется энергия основной частоты и ее гармоник. В основании выфрезерованы четыре короткозамкнутых резонатора 3 для

цг 0,4 0,6 0,8

Рис. 4.53. Зависимость вносимого затухания от величины относительной расстройки отоажатель-но-поглощающего фильтра гармоник

Рис. 4.54. Конструкция фильтра гармоник отражательно-поглощающего тала:

/ - основание; 2 - крышка; 3 - резонаторы на 2-ю гармонику; < -резонаторы иа 3-ю гармонику; 5 -перемычки; в -нагрузки; 7-выступ

отражения второй гармоники и два короткозамкнутых резонатора 4 для третьей гармоники. Здесь необходимо отметить, что на частотах второй и третьей гармоник наряду с основным типом волн Ню в волноводе может распространяться волна Типа Н20. Чтобы короткозамкнутый резонатор эффективно отражал оба типа волн, в нем имеются перемычки 5, разделяющие волновод посередине широкой стенки. Эти перемычки не влияют на волну типа Н20 и являются отражающими для волны Ню. Поэтому глубина резонатора до перемычки (или несколько глубже, поскольку поле проникает за перемычку) в основном определяет резонансную частоту для волны Ню, а общая глубина - для волны Н20. В результате этого создается большое сопротивление для волн обоих типов. Отраженная энергия гармоник поглощается в нагрузках 6.

Для исключения возможных паразитных резонансов резонаторы разделены на две группы средней нагрузкой. На основной частоте

200.

расстроенные резонаторы представляют небольшое индуктивное сопротивление, включенное в линию последовательно. Для улучшения согласования на основной частоте эта реактивность компенсируется уменьшением высоты волновода в области резонаторов. Размеры выступов 7 подбираются экспериментально.

Данные экспериментального исследования такого фильтра следующие: затухание фильтра в области второй гармоники в полосе частот 15% - не менее 50 дБ, в области третьей гармоники - около 30 дБ; коэффициент бегущей волны фильтра на основных частотах - около 0,85, в области второй и третьей гармоник - около 0,3, пот€ри в фильтре на основной частоте -0,1 дБ.

Волноводный фильтр нижних частот)

Фильтр предназначен для использования в трактах с невысоким уровнем мощности. Фильтр прост по конструкции, имеет малые потери и высокое согласование в полосе пропускания, обеспечивает затухание на основном типе и высших типах волн в широкой полосе частот (например, от второй до четвертой гармоники основной частоты).

Волноводный поглощающий фильтр нижних частот (рис. 4.55) состоит нз входного 1 и выходного 2 волноводов и коаксиального фильтра нижних частот 3, который связан с волноводами с помощью коакоиально-волноводных переходов 4. Волноводы с одной стороны разделены на два запредельных волновода 5, запол-

Уктханизми натяжения

Рис. 4.55. Схема волноводного фильтра нижних частот: а) с диэлектриком; б) без диэлектрика.

/ - входной волновод; 2 -. выходной волновод; S - коаксиальный фильтр нижних частот; 4 - коакснальио-волноводиый переход: 5 - запредельный волновод; 6 - нагрузка; 7 - винт

) Название условно, так как согласование в полосе пропускания определяется диа11азониостью коаксиально-волноводных переходов.

8-1150 201