Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Ферритовые и диэлектрические резонаторы 

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

ющей волны и волны с перпендикулярной к падающей плоскостью поляризации. При этом ферритовый резонатор располагается вдоль радиуса под углом ао = 45°, а поле подмагничивания приложено под углом ai = -45° (рис. 48). При сильной связи резонатора с волноводом вносимые потери малы и угол поворота плоскости поляризации близок к 90° (рис. 49).



Рис. 108. Устройство для резонансного поворота плоскости поляризации в круглом волноводе с ферритовым резонатором.

Рис. 109. Расположение диэлектрических резонаторов в круглом волноводе.

Вращатель плоскости поляризации на основе круглого волновода с воздушным заполнением имеет тот недостаток, что габариты его магнитной системы (зазор которой должен быть больше диаметра круглого волновода) оказываются достаточно большими. Диаметр круглого волновода и, соответственно, зазор и габариты магнитной системы можно уменьшить, заполняя волновод диэлектриком с большой проницаемостью [139]; при этом диаметр волновода и зазор магнитной системы уменьшаются примерно в Уе раз. К тому же связь ферритового резонатора с заполненным волноводом примерно в еУе раз больше, чем с соответствующим незаполненным волноводом. Коэффициент связи для волновода, заполненного диэлектриком с проницаемостью е, вычисляется по формуле

/;(Р/о).

(5.1)

где Овд, Лвд - соответственно диаметр круглого волновода и длина волны в волноводе, заполненном диэлектриком.

Для возбуждения заполненного диэлектриком волновода и согласования его с незаполненным волноводом можно использовать согласующие конусы (рис. 108).

При использовании диэлектрических резонаторов устройство для резонансного поворота плоскости поляризации содержит отрезок круглого волновода (рис. 109) с двойным диэлектрическим резонатором, который ориентирован под углом 45° к электрическому вектору падающей волны типа Яц. При изменении рас-

стояния между отдельными резонаторами, вследствие изменения резонансной частоты, плоскость поляризации проходящей электромагнитной волны плавно поворачивается. При использовании короткозамкнутого волновода угол поворота плоскости поляризации отраженной волны близок к 90° при сильной связи резонатора с волноводом.

5. 6. ФИЛЬТРЫ СВЧ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ

Основным применением твердотельных резонаторов является использование их в малогабаритных фильтрах различных конструкций. На основе диэлектрических резонаторов обычно создаются миниатюрные полосно-заграждающие и полосно-пропуска-ющие фильтры в том числе и в интегральном исполнении.

Принцип построения полосно-заграждающих фильтров (ПЗФ) основан на использовании связи диэлектрического резонатора с согласованной линией передачи [31, 140]. При сильной связи прохождение электромагнитной энергии уменьшается за счет отражения энергии ко входу устройства. Вносимое затухание при использовании одиночного резонатора определяется соотношением

Полоса режекции на уровне 3 дб равна

2Л/ф = 2Л/,(1 + Ю. (5-3)

где 2Л/о - полоса пропускания ненагруженного резонатора; К- общий коэффициент связи; - обобщенная расстройка.

Необходимая в ряде случаев избирательность и степень заграждения достигается при каскадном включении нескольких диэлектрических резонаторов. В некоторых конструкциях используется связь отдельных резонаторов с линией передачи по различным составляющим магнитного поля [49]. Расчет характеристик подобных фильтров может быть выполнен при помощи соотношений, приведенных в предыдущих главах.

При построении полосно-пропускающих фильтров (ППФ) может быть использована резонансная связь двух линий передачи при помощи диэлектрических резонаторов. Входной и выходной линиями передачи могут быть волноводы, полосковые или коаксиальные линии передачи [33, 141]. Связь с резонаторами может быть также осуществлена посредством витков [142].

Полосно-пропускающий фильтр, использующий резонансное вращение плоскости поляризации (рис. 110), содержит обычно переход 1 с прямоугольного волновода на круглый (квадратный) волновод, поляризационный тройник 4, отрезок коротко-замкнутого волновода 2, внутри которого расположен диэлектри-



ческий резонатор 3 (одиночный либо двойной). Прямоугольный волновод поляризационного тройника ориентирован так, что плоскость его поперечного сечения перпендикулярна электрическому вектору волны, поступающей на вход перехода /. При этом вдали от резонанса прямоугольные волноводы перехода / и тройника 4 развязаны. При резонансе диэлектрический резонатор поворачивает плоскость поляризации волны и электромагнитная энергия


- У 3

Рис. по. Полосно-пропускающий фильтр, в котором используется резонансное вращение плоскости поляризации в круглом волноводе с диэлектрическим резонатором:

/ - переход с прямоугольного на круглый волновод; г -отрезок короткозам-кнутого круглого волновода; 3 - диэлектрический резонатор; 4 -поляризационный тройник.

Рис. III. Двухрезонаторный полосно-пропускающий фильтр с диэлектрическими резонаторами:

/ - входной прямоугольный волновод: 2 - диэлектрические резонаторы; 3 - отрезок запредельного прямоугольного волновода; 4 - выходной прямоугольный волновод.

отводится через поляризационный тройник. ППФ с несколькими полосами пропускания может быть построен с несколькими диэлектрическими резонаторами в волноводе. При этом каждый из них поворачивает плоскость поляризации электромагнитных волн с частотой, соответствующей своей полосе пропускания. Для расширения полосы пропускания фильтра можно использовать два резонатора с близкими резонансны.ми частотами.

В большинстве практических случаев однорезонаторные фильтры имеют недостаточную избирательность и затухание вне полосы пропускания, поэтому широко применяются многорезо-наторные ППФ. В них обычно используется взаимная связь между отдельными резонаторами. В ряде случаев связь осуществляется через отрезок запредельного волновода, а крайние резонаторы связаны с входной и выходной линиями передачи (рис. 111). Для расчета подобных многорезонаторных фильтров с диэлектрическими резонаторами можно использовать результаты теории синтеза СВЧ-фильтров на основе полых резонаторов [143]. При этом необходимо иметь расчетные соотношения для коэффициентов связи крайних резонаторов с волноводами и соотношение для коэффициента взаимной связи между диэлектрическими резонаторами.

Связь резонатора с входной или выходной линиями передачи зависит от амплитуды СВЧ магнитного поля в месте расположения резонатора. Наличие отрезка запредельного волновода приводит к уменьшению амплитуды СВЧ магнитного поля входного

(выходного) волновода в месте расположения диэлектрического резонатора вблизи входа запредельного волновода. Проведенные экспериментальные исследования [42] показали, что в конструкциях фильтров (рис. 111) при частном расположении резонатора в центре входного отверстия отрезка запредельного волновода при размерах волноводов, применяемых обычно для построения полосно-пропускающих фильтров для расчета связи диэлектрического резонатора с входным (выходным) прямоугольным волноводом, в первом приближении можно использовать соотношения (4.98), (4.99) алл К\(К2)

Расчет взаимной связи между отдельными резонаторами, расположенными в отрезке круглого запредельного волновода при связи резонатора с волноводом по поперечной составляющей поля, приводит к соотношению для обобщенного коэффициента связи с учетом только волны типа Н\\

2,31DL£Qo

1,84

(5.4)

где р-расстояние между центрами одинаковых диэлектрических резонаторов; R-радиус отрезка запредельного волновода. С учетом изложенного рассчитаем в качестве примера двухрезонаторный полосно-пропускающий фильтр на основе диэлектрических резонаторов.

Пример. Рассчитать двухрезонаторный волноводный фильтр с параметрами: резонансная частота 9,2 Ггц, полоса пропускания 2А/ф = 46 Мгц, форма характеристики - чебышевская с неравномерностью 0,5 (36, материал резонаторов - рутил, собственная добротность 900.

Порядок расчета:

1. Резонансную частоту 9,2 Ггц имеет дисковый рутиловый резонатор с размерами Z) = 3,8 мм, L= 1,4 мм.

2. При заданном уровне пульсаций элементы фильтра прототипа равны go = 1, § ! = 1,40, g2 = 0,71, g-3= 1,98 [143].

3. Требуемые коэффициенты связи резонаторов с волноводами равны

% г. Qo

= (5.5)

Кд= = 3,2,

где v = 5-10~ - относительная полоса пропускания фильтра. При расположении резонаторов на входе отрезка запредельного волновода такие коэффициенты связи могут быть реализованы при использовании входного и выходного волноводов сечением 23x10 мм и расположении цилиндрического диэлектрического резонатора под углом ,=48° к поперечной составляющей СВЧ магнитного поля прямоугольного волновода.



4. Требуемый коэффициент взаимной связи между резонаторами

При использовании отрезка круглого запредельного волновода диаметром 6 мм этот коэффициент связи /(0 = 4,5 получается


Рис. 112. Фильтр на основе полосковой линии с диэлектрическими резонаторами:

а - связь диэлектрического резонатора с несимметричной полосковой линией передачи: 1 - центральный проводник линии передачи; 2 - диэлектрический резонатор; б - трехрезоиатор-ный полосно-пропускающий фильтр: 1 - подложка несимметричной полосковой линии; 2 - центральные проводники полосковой линии; 3 - короткозамкнутые плечи; 4 - диэлектрические резонаторы; 5, 6 - вход и выход фильтра.

5050

8000

7S50

790В

7850


О

800 НОО IffOO Н:

Рис. 113. Зависимость резонансной частоты составного ферритодиэлектрического резонатора от напряженности поля подмагничивания.

при расстоянии между центрами диэлектрических резонаторов (длине отрезка запредельного волновода) порядка 9,7 мм.

Ценным свойством диэлектрических резонаторов является возможность применения их в качестве резонансных элементов в СВЧ интегральных схемах. Этому способствует простота связи диэлектрического резонатора с микрополосковой линией передачи (рис. И2, а). Возможный вариант многорезонаторного фильтра [144] на основе диэлектрических резонаторов, связанных с микрополосковыми линиями передачи, показан на рис. 112, б.

Механическая перестройка фильтров и других устройств па

основе диэлектрических резонаторов возможна при использовании двойных диэлектрических резонаторов. Удаление двух рядом расположенных резонаторов приводит к росту резонансной частоты фильтра (рис. 26). Этим способом можно перестроить резонансную частоту в полосе порядка 20%.

Магнитная перестройка становится возможной при расположении вблизи диэлектрического резонатора (или внутри него) образца из ферромагнитного материала, например, ферритового резонатора [94]. Ферритовый образец в форме диска прикреплен непосредственно к диэлектрическому диску резонатора. Образец в форме сферы или стержня помещается внутри диэлектрического диска. Перестройка осуществляется изменением внешнего поля подмагничивания (рис. 113). Механизм перестройки основан на использовании связи между резонансными колебаниями диэлектрического резонатора и ферромагнитного образца. Обычно используется область слабых полей подмагничивания вдали от частоты ферромагнитного резонанса.

5. 7. ФЕРРИТОВЫЕ СВЧ-ФИЛЬТРЫ

Отличительной особенностью ПЗФ и ППФ на основе ферритовых резонаторов является возможность электрической перестройки резонансной частоты. Основные принципы конструктивного выполнения перестраиваемых фильтров на основе ферритовых резонаторов заключаются в следующем:

1. Для обеспечения максимальной связи ферритового резонатора с линией передачи и небольших вносимых потерь резонатор должен располагаться в области максимального СВЧ магнитного поля соответствующей ориентации.

2. Для обеспечения большой полосы перестройки велич^ша СВЧ магнитного поля не должна сильно изменяться с частотой.

3. Для создания фильтров, обладающих невзаимнымн свойствами, СВЧ магнитное поле должно быть поляризовано эллиптически (оптимальным является расположение резонатора в области круговой поляризации поля).

4. При построении ППФ важно обеспечить большую развязку входной и выходной линии передачи вне резонанса.

5. Для уменьшения размера, веса и потребляемой мощности магнитной системы устройство должно быть выполнено таким образом, чтобы воздушный зазор системы, где расположен резонатор, был по возможности меньшим. Принцип построения взаимных ПЗФ основан на использовании сильной взаимной связи ферритового резонатора с линией передачи. Резонатор расположен в области, где СВЧ магнитное поле имеет линейную поляризацию. При сильной связи почти вся мощность падающей волны в полосе заграждения отражается ко входу устройства. Этот вид заграждающих фильтров удобно выполнять на основе линий передачи с волной типа ТЕМ, в частности, на основе поло-



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

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