фрагмы (2тр<2), можно применять график для коаксиальных емкостных диафрагм (рис. 2.13) с заменой длины окружности на периметр центральной полоски (симметричный волновод). Необходимую длину резонатора./тр находят аналитически или с помощью круговой диаграммы.

Используя предложенную методику, можно рассчитать параметры эквивалентного трансформатора сопро-

0,29

0,25

\0,€S

O.Of

СЮ,пЧ>/т

5 OS a

Рис. 2.12. График дли определении положении зажимов эквивалент-И01-0 трансформатора сопротивлений.

Рис. 2.13. График для определения краевой емкости траисформирую-шей секции в виде емкостной диафрагмы в симметричном полосковом волноводе

тнвлений, образованного сосредоточенной неоднородностью, например проводящим штырем или разрывом центральной полоски. По круговой диаграмме полных сопротивлений находят положение зажимов трансформатора, а для определения параметров неоднородности как трансформатора полных сопротивлений необходимо построить зависимости, аналогичные приведенным на рис. 2.11.

На рис. 2,14 показана конструкция генератора на ЛПД с резонатором, рассчитываемым по рассмотренной методике. Центральный проводник резонатора образуют дне тонкие эквипотенциальные полоски фольги на диэлектрическом листе /. Резонатор перестраннается перемещением трансформирующей секции 2 при помощи виита 6.

5 6

Рис. 2.14. Конструкция генератора с резонатором иа симметричной полосковом волноводе.

Длина трансформирующей секции 1тр и характеристическое сопротивление Zip зависят от параметров ЛПД н диалаэоиа перестроЛжя. Питание на ЛПД подается через разъем 5 по тонкой высокоомиой проволочке. Нагрузка поджлючаестн через разъем 7 и разделительный конденсатор 8.

ФИЛЬТРЫ СВЧ

Основным назначением фильтров является подавление одних частотных составляющих сигнала и пропускание других. Частотная характеристика фильтра есть кривая зависимости затухания в нем от частоты. На

рис. 3.1 изображены четыре основных вида частотных характеристик типичных фильтров и введены следующие обозначения: ФНЧ - фиЛьтр нижних частот, ФВЧ - фильтр верхних частот, ППФ - полоснопропускающий фильтр, ПЗФ - полоснозаграждающий фильтр, ПП - полоса пропускания, ПЗ - полоса заграждения. Методн-

и

ППФ

ПЗФ г

Рис. 3,1. Частотные характеристики фильтров различных типов.

ка расчета и конструирования СВЧ на симметричных волноводах (рис. 3.2,а, б, б) с подобными характеристиками достаточно полно рассмотрена в литературе [65]. Использование техники несимметричных полосковых волноводов (рис. 3.2,(3), в которой плоский проводник наносится на диэлектрик, является очень удобным при построении гибридных и интегральных схем СВЧ.

Фильтры из отрезков несимметричных полосковых волноводов очень технологичны и почти не нуждаются в настройке при использовании достаточно точной методики расчета конструкции.

Известно, что эффективная диэлектрическая проницаемость несимметричного полоскового волновода является функцией ширины токонесущей полоски (1.110). При использовании твердого диэлектрика в полосковом волноводе образуется неоднородная система диэлектрик - 10е

воздух, что усложняет исследование процесса распрост ранения энергии вдоль волновода и при определе]]ных условиях может приводить к значительному излучению из резонаторов. Все это накладывает ограничения на использование несимметричных полосковых волноводов

с

-1

Рис. 3.2. Поперечное сечение симметричных (а, б, в) и несимметричных (г, д) полосковых волноводон.

в качестве элементов фильтров по сравнению с симметричными. Поэтому ниже рассмотрены только фильтры нижних частот и один тип полоскового фильтра - полоснопропускающий (фильтр из связанных несимметричных полуволновых резонаторов.

§ 3.1. Фильтры нижних частот

Фильтры нижних частот имеют характеристику затухания, показанную на рис. 3.1,а. Для расчета ФНЧ СВЧ диапазона обычно используют метод сравнения с фильтрами-прототипами нижин.х частот из элементов с сосредоточенными параметрами. Это позволяет воспользоваться широко табулированными значениями элементов нормированных по частоте фильтров с чебышев-скими или. максимально плоскими характеристиками и совершенно не касаться сложных вопросов синтеза фильтров.

Схема низкочастотного нормированного фильтра-пв-тотипа изображена на рнс. 3.3. Там же приведены два типа его частотных характеристик.

Частотная характеристика затухания максимально плоского типа записывается в виде (дБ)

Л=101g(l+Ш'

где fc - частота среза.

Частотная характеристика чебышевского типа: для полосы заграждения

(3.1)

Л = 10 lg{l + [antilg( /10) -1] сЬЦп атф(ЦШ (3.2)

для полосы пропускания

Л = 10 Ig {1 + [antilg (Лв/-10)-1 ] X Xcos2 [narccos ( /с)]}.

(3.3)

fc f, f

Рис. 3.3. Эквивалентиаи схема иормироваиного фильтра-прототипа НИЖНИ.Ч частот и два вида его характеристик: максимально плоская (п) и чебышевская (б).

Для фильтра, нагруженного на активное сопротивление, нормированные значения элементов (рис. 3.3), рав--ные

g2i=<cL2i/Ro (i=l, 2, 3..... (n-l)/2);

g2i=RoacCzi-i (i=l, 2, 3, .... (п-Ы)/2).

(шс - частота среза в радианах; 1; - индуктивность. Г; Cj -емкость, Ф) можно вычислить по нижеследующим формулам: - *

Для чебышввской характеристики

go=l; gi=2ai/Y=gn; In(cthyln/I7.37)

Y=sli

2п

(3.4)

где i=l, 2, 3,..., п;

ai=sin [(2!-1)л/2п]; bi=-f+sm {infn), где i=l, 2, 3, rt-1;

при л нечетном, при п четном;

g +,= ln(cthA./l7.37)

для максимально плоской характеристики при Лп= =ЗдБ:

go=g +i=l; gi=2sin[(2(-l)n;/2n), i=l, 2, 3, .... п.

(3.5)

Значения величины Лп ясны из рис. 3.3.

Нормированные значения элемента фильтра gi (для некоторых случаев они приведены в табл. 3.J) могут быть взяты из справочников по расчету волноводных СВЧ элементов .[93]. Сурность реализации полоскового фильтра СВЧ состоиГ в том, что сосредоточенные элементы лестничной схемы фильтра-прототипа (рис. 3.3) приближенно заменяются от езками несимметричного полоскового волновода.

При этом используется аппарат теории длинных линий в предположении существования только ТЕМ волны. Схема фильтра в виде условных отрезков длинной линии приведена на рис. 3.4.

Для лучшего совпадения значений распределенных и сосЕ£Доточеиных элементов длины отрезков, линии U- и Ici должны быть меньше или равны 0,1 Ад. Здесь /ы и 1а длины отрезков, аппроксимирующих индуктивность и емкость соответственно; Ад - длина волны в полосковом волноводе с диэлектриком, соответствующая частоте среза фильтра.

Токонесущая полоска СВЧ фильтра нижних частот изображена на рис. 3.5. Последовательные отрезки волноводов высокого характеристического сопротивления