Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Фильтры СВЧ 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 [ 71 ] 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

данным табл. 5.10.1 (№ 2). С помощью тех же данных учитывается влияние различия в размерах нагружающих волноводов и объемных резонаторов. Таким образом, использование ф-л (17.04.1) и (17.02.10)(117.02.13) наряду с данными табл. 5.10.1 (№ 2) дает

оЬа. Ь, KaW

Ч. ;-и

1. ;+ii-i...n-i

(17.04.2)

(17.04.3) (17.04.4)

где Mj, j+i - коэффициенты магнитной поляризуемости отверстий связи в горизонтальном направлении;

?L - длина волны в свободном пространстве на резонансной частоте /о;

ел - длина волны в нагружающих волноводах, равная

- (17.04.5)

Размеры ал, Ьа, а, Ь, и, и х пояснены на рис. 17.04.1. Размер а, при котором получается резонанс на частоте настройки fo. соответствующей длине волны в свободном пространстве I, равен

(17.04.6)

Как и в случае фильтра, рассмотренного в § 17.03, для постоянства фор,\1ы характеристики и ширины полосы потребуем, чтобы внешние добротности и коэффициенты связи изменялись с частотой в соответствии с выражениями (17.03.5) -(17.03.7). Сопоставляя их с выражениями (17.04.2) -(17.04.4) на двух частотах (fo), и (/0)2, получим уравнения вида

fl-fr- (7.04.7)

для внешних добротностей и

/-l-ilf.=(/.), (o)i для коэффициентов связи.

(17.04.8)

ТАБЛИЦА 17.04.1

ЗНАЧЕНИЯ П.ЛРДМЕТРОВ, ПРИ КОТОРЫХ ФЛЫ (17.01.21-(17.04.4) УДОВЛЕТВОРЯЮТ УР-НИЯМ (17.04.7) И (I7.04.B).

(М. КЬ) -о.90: (ы, (f.), -l.l:

ОА-0.7в). ,

а/и при

и

0.198

0,161

) 0.314

0,315

0.26.

0.504

0,463

0,4а

1 0.750

0,694

0,63

J 1.134

Эти уравнения можно решить относительно Хл и х, как это было сделано ранее для величин Од и О в случае фильтра, рассмотренного в § 17.03. Но в данном случае имеются дополнительные степени свободы, определяемые возможностью выбора пропорций между размерами объемных резонаторов и нагружающих волноводов [2]. Однако, если мы зададимся величинами (/o)l/(fo)m, (fo)2lifo)m. 0,4, U И ДЛИНОЙ ВОЛНЫ Лш на средней частоте диапазона перестройки (/о)т, то сумеем вычислить требуемые величины хл и х.

В табл. 17.04.1 приведены нормированные величины Хд и х, найденные из ур-ний (17.04.7) и (17.04.8) для значений (fo)i/(7o)m = 0,90 и

(/о)2/(/о)т=1.10. Длина резонатора и определяется выбором параметра л^/ы в левом столбце таб.тицы. В правом столбце ее дано соответствующее отношение а/и для фильтра, когда он настроен на среднюю частоту диапазона перестройки Jo) -На рис. 17.04.2 построены зависимости нормированных внешних добротностей от величины (/o)/(fo)m для различных случаев, приведенных в табл. 17.04.1. За-метн.м, что кривые этих зависимостей лучше всего приближаются к линейному закону при малых значениях L,n/U.

На рпс. 17.04.3 показаны соответствующие кривые нормированных обратных величин коэффициента связи в функции величины /о/(Ыт- и здесь кривые лучше всего приближаются к требуемому линейному закону, если параметр kmlu мал.

На рис. 17.04.4 приведен график величин а/и в зависимости от fo/(fo)m; при использовании его следует помнить. Что и - постоянная величина, а ширина резонатора а меняется для получения требуемой часто-


Рис. 17.04.2. Час-готные зависимости иормироваииой внешней добротности дли значений параметров, приведенных в табл. Ь.04.1.

in Mil

Кривые построены

для значения а -0.76 У-, Штрих-пунктиром показаны требуемые характеристики - 429 -



ты настройки. Заметим, что малым значениям Imlu, прн которых получаются наилучшие результаты для кривых иа рис. 17.04.2 и 17.04.3, соответствуют характеристики перестройки с очень большим изменением резонансной частоты fo три очень малых изменениях ширины резонатора а.

Таким образом, как было отмечено Слэвэном .(Sleven) [2], при расчете перестраиваемого фильтра рассматриваемого типа не еле-

Рис. 17.04.3. Частотные зависимости нормированной обратной величины коэффиииента связи для значений параметров, приведенных в табл. 17.04.1.

Штрнх-пунктнром показаны требуемые характер]

дует стремиться к большему постоянству ширины полосы и формы характеристики, чем это действительно необходимо, поскольку такое постоянство достигается за счет повышения критичности резонаторов к перестройке.

Методика расчета. На первом этапе расчета фильтра типа, приведенного на рис. 17.04.1, производится выбор величины ?.тУы с помощью графиков иа рис. 17.04.2-17.04.4 и с учетом указанных выше соображений. Некоторое представление об изменениях ширины полосы, которые вызываются изменением коэффициентов свяэи резонаторов, можио получить, исходи из того, что коэффициенты связи kj. i+1 прямо пропорциональны относительной ширине полосы фильтра.

Выбор внешних добротностей многорезонаторного фильтра влияет иа характеристики в полосе пропускания фнльтра больше, - 430 -

чем иа ширину полосы. В случае двухрезонаторного фильтра постепенное возрастание внешних добротностей приводит к чебышевской характеристике со все большей величиной выброса в середине полосы, а постепенное их уменьшение - к уменьшению этого выброса, и, наконец, сводит его к нулю. В итоге получается характеристика фильтра со слабой связью (понятие слабая связь характеризует здесь тот факт, что связь между резонаторами мно-

ч

!-t5

Рис 17.04.4. Частотные зависимости с/и для значений параметров, приведенных в табл. 17.041

ГО меньше связи резонаторов с нагружающими волноводами). Аналогичные явления наблюдаются и в фильтрах с большим числом резонаторов.

Приведенные соображения должны оказывать некоторую помощь при оценке явлений, связанных с отклонением частотных зависимостей внешних добротностей и коэффициентов связи от идеализированных. Более точные представления об этих явлеиия.х можно получить, еслн при анализе идти обратным порядком от величин внешних добротностей и коэффициентов связи на различных частотах к соответствующим значення.м параметров фильтра-прототипа нижних частот. При этом с помощью ф-л (17.02.1) - (17.02.3) определяются соответствующие наборы параметров филь тра-прототипа нижних частот go. g\, ... gn+i, которые затем срав-ниваютс'я с параметрами, соответствующими табулированным расчетам в § 4.05, или для тех же наборов параметров рассчитываются соответствующие им характеристики.

После того как сделан подходящий компромиссный выбор величины Хт/ы, значения лгд/и и х/и определяются из табл. I7.04.I нли вычисляются по описанному выше способу. Затем, поскольку средняя частота диапазона перестройки ((fo)m задана, можио вычислить соответствующую длину волны в свободном пространстве Л™, а также величины и. ха и х. Требуемые значения внешних доброт--ностей и коэффициентов связи рассчитываются, исходя иэ пара-- 431 -



метров фнльтра-прототипа нижних частот, с помощью ф-л (17.02.7) -117.02.9). Далее, используя выражения (1704.2) - (17.04.6) при ?L=?Lm, определяют коэффициенты магнитной поляризуемости Mm, Mi2, .... Л1 , +,.

Когда требуемые значения коэффициентов поляризуемости получены, раз.меры отверстий определяются с помощью данных § 5.10. Если применяются прямоугольные или удлиненные отверстия, то онн должны быть ориентированы в направлении, параллельном размеру а резонаторов (ом. рис. 17.04Л). Коррекцию длины отверстии 1, J+1 и толщины t диафрагм можно произвести используя ф-лу(17.03.16), как было показано в конце §1703. Для круглых отверстий применяется тот же метод, но с той разницей, что коэффициенты поляризуемости вычисляются по приближенной формуле

где -диаметр отверстий. Тогда ф-ла (17.03.16) приобретает

вид

Яг71 / J

(.Ml. /-ьОеткорр = -Л!;, /+1

(17.04.10)

Если при проектировании нужна высокая точность, то окончательные размеры отверстий можно установить, пользуясь экспериментальными методами, описанными в §§ 11.02-11.04.

17.05. Свойства ферромагнитных резонаторов')

Существует ряд монокристаллических материалов, которые можно использовать в качестве ферромагнитных резонаторов в фильтрах свч с магнитной перестройкой. Наиболее эффективными магер-иалами к моменту написания книги были следующие-.

1) иттриево-железнстый грлнаг (ИЖГ);

2) иттриево-железистый гранат с частичным замещением иттрия галлием (Ga ИЖГ);

3) литиевый феррит;

4) бариевый феррит.

.Материал ИЖГ оказался наиболее полезным и успешно используется при конструировании различных фильтров свч с магнитной перестройкой {некоторые из них описаны Картером (Carter) [3, 4, 5, 6]].

) Наскапько известно авторам, первая фильтровая структура свч с ферромагнитным резонатором описана в работе Деграсса (R. W. Degrasse) [20). Его устройство представляло собой узкополосный ограничитель на фиксированную частоту.

ИЖГ Сфера


в данной книге теория ферромагнитного резонанса подробно не рассматривается, так как она изложена ib специальной литературе [7, 8, 29]. Однако в настоящем параграфе бу-дет приведено качественное описание ферромагнитного pesoHBiHCa вместе с основными формулами и понятиями, полезными прн проектировании фильтров с магнитной перестройкой.

Описание явления резонанса. Предположим, что сфера из монокристалла ИЖГ находится в постоянном магнитном поле, вектор напряженности которого Н расположен вначале горизонтально, а затем скачком меняет свое направление на вертикальное, .как -показано на рис. 17.05.lo. Материал ИЖГ содержит непарные электроны, которые создают магнитные моменты, обусловленные их спинами. Когда вектор Но скачком примет вертикальное направление, го эти спиновые магнитные моменты будут прецессировать вокруг него с частотой, равной (если Но - в эрстедах)

(17.05.1)

Траектории движения спиновых моментов электронов имеют характер пространственной спирали, приближающейся к направлению вектора Но до тех пор, пока спины в конце концов не станут параллельными век-тору Но. Если измерить поле вокруг сферы во время этого процесса, то будет обнаружено высокочастотное поле с круговой поляризацией. Оно подобно полю, которое возникло бы, если бы сфера заключала в себе магнитный диполь, вращающийся с резонансной частотой, приблизительно определяемой выра-лравой круговой по- жением (17.05.1). Этот вращающийся днполь-ляризациеи момент изображен на рис. 17.05.1а. Маг-

нитное поле с круговой поляризацией, обусловленное сферой, экспоненциально затухает со временем точно так же, как затухают переходные напряжения и токи в резонансной цепи с потерями.

Рассмотрим теперь другой эксперимент. Пусть имеется постоянное магнитное поле и возбуждается высокочастотное поле с круговой поляризацией, как показано вращающимся вектором h+ на рнс. 17.05.16. Высокочастотное поле не будет влиять на сферу 15-476 - 433 -

Рис. 17.05.1. Иллюстрация явления ферромагнитного резонанса; я - ИЖГ сфера постоянном магнитном поле с поляризованным по кругу высокочастотным магнитным моментом; б в - внешние высокочастотные магнитные поля с левой



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 [ 71 ] 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95