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

сковых линий. Для существенного увеличения затухания фильтра в полосе заграждения целесообразно использовать каскадное включение нескольких ферритовых резонаторов на расстоянии порядка А,в/4 один от другого [145-147]. Особенностью взаимных заграждающих фильтров является расширение полосы заграждения с увеличением затухания (5.2), (5.3).

Для создания невзаимных заграждающих фильтров ферритовый резонатор должен быть расположен в области эллиптической (желательно круговой) поляризации СВЧ магнитного поля. Вносимое затухание при этом определяется формулой

1= lOlg

[(1-h Kif-Kl-rff+(2Kl)

(5.7)

Полоса режекции на уровне 3 дб равна

2fф = 2f{\+K, + K,). (5.8)

При связи резонатора с линией передачи, равной l-\-Ki = K2, и выполнении условия /Ci<C/C2 почти вся мощность падающей волны поглощается резонатором.

Обращает на себя внимание то, что при = 0 и 1+/Ci = /C2 вносимое затухание, вычисленное по формуле (5.7), равно бесконечности. Это является следствием допущений, принятых при выводе формулы, и в первую очередь неучета конечных размеров ферритового резонатора. Практически при линейных размерах резонатора порядка 1 мм удается получить затухание порядка 50 дб. При этом узкая полоса режекции обусловлена выбором небольшой связи резонатора с линией передачи. При Ki = 0 и /(2=1 полоса фильтра только в два раза шире полосы ненагруженного ферритового резонатора (5.8).

Возможный вариант конструктивного выполнения невзаимного ПЗФ на основе полосковой линии передачи [148] и типичная характеристика фильтра показаны на рис. 114. Из-за изменения положения области круговой поляризации СВЧ магнитного поля в диапазоне частот, а также из-за изменения степени связи резонатора с линией передачи в ПЗФ наблюдается изменение затухания в точке резонанса при перестройке фильтра ? диапазоне частот.

Принцип построения полосно-пропускающих фильтров основан на использовании связи двух линий передачи при помощи ферритовых резонаторов [149-152]. Простейшей конструкцией однорезонаторного ППФ на основе ферритового резонатора является конструкция (рис. 115), в которой использовано включение резонатора как элемента связи двух волноводов. Характеристики этого фильтра при использовании прямоугольных волноводов сечением 23X10 мм и ферритового резонатора с параметрами Оф = = 6 мм, х р = 4050: потери на резонансной частоте порядка 1 дб, потери вдали от резонанса (развязка) около 20 дб. Полоса про-

15Я

пускания 17 Мгц. С ростом частоты полоса несколько увеличивается.

Особенностью однорезонаторного ППФ на основе ферритового резонатора является наличие дополнительных полос пропускания, обусловленных возбуждением магнитостатических видов колебаний [149]. Связь волноводов по магнитостатическим видам колебаний обусловлена неоднородностью распределения СВЧ магнитного поля по объему резонатора. Так, при настройке фильтра с указанными выше параметрами на частоту 9,2 Ггц наблюдаются ложные по-40 I-тГ-1-1--1-1 I лосы пропускания на частотах 8,28 Ггц, 9,38 и

30



20 10

О -.-.-.-,-. .

-50 О 50 100 150 200 2M)f-Ti Meu

Рис. 114. Невзаимный полосно-заграждаю- Рис. 115. Однорезонаторный по-щий фильтр (а) и его характеристики (б): лосно-пропускающий фильтр с / - частотная зависимость затухания в точке ре- ферритовым резонатором:

зонанса; 2-зависимость затухания от расстройки /-ферритовый резонатор- 2 - ме-резонатора в области резонанса. талличе?кая перегородка:-отвер-

стие связи.

9,6 Ггц. Ширина полосы пропускания и развязка в этих полосах соответственно равны: 2,9 Мгц, 4,8 и 3,8 Мгц; 13,7 дб, 12,7 и 6,9 дб. Наличие этих полос пропускания фильтра ограничивает увеличение объема ферритового резонатора, используемого в однорезонаторном фильтре, поскольку связь резонатора с линией передачи по магнитостатическим типам колебаний существенно увеличивается с ростом диаметра сферического ферритового резонатора [76].

Многофункциональные фильтры

Для создания многофункциональных СВЧ-устройств обычно используется сочетание ферритового резонатора с различными волноводными узлами. Подобные устройства сочетают в себе функции фильтра и вентиля, фильтра и циркулятора и др. [64, 79, 153]. Рассмотрим несколько типов конструкций подобных устройств.



1. Фильтры-циркуляторы, использующие невзаимную связь линий передачи при помощи ферритового резонатора [69, 79]. В конструкции используются два прямоугольных волновода (рис. 47, а, б), невзаимная связь между которыми осуществляется при помощи резонатора, расположенного в отверстии связи, которое выполнено в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля обоих волно- , i

водов. На резонансной час- 4

тоте в рассматриваемой системе имеет место передача энергии в направлении каналов 1-2-3-4-1. Энергетические соотношения в ра.оЫретотр системе описываются матри- а цей рассеяния (3.40).

Если изменить положение вторичного волновода 2-3 так, чтобы по отноше-шению к нему ферритовый резонатор находился в области линейной поляризации СВЧ магнитного ноля и плечо 3 сделать коротко-замкнутым, то полученный таким образом волноводный узел с ферритовым резонатором представляет собой трехнлечий циркулятор с передачей энергии в направлении каналов 1-2-4-1. Энергетические соотношения в системе описываются матрицей рассеяния (3.42).

2. Фильтры-циркуляторы, использующие гиратор на основе ферритового резонатора [154]. На рис. 116 показаны две конструкции частотно-избирательных циркуляторов, в которых использован гиратор на основе ферритового резонатора. В первой конструкции использовано каскадное включение двух щелевых волноводных мостов, во второй - включение Т-образных мостов. Ферритовый резонатор расположен в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля и включен между волцоводными мостами. В системе на резонансной частоте ферритового резонатора имеет место передача энергии в нанравленин каналов 1-2-3-4-1. Энергетические соотношения в системе можно получить, используя волновую матрицу рассеяния (3.26) и методы теории нанравленных графов. Так, соотношение для элемента матрицы рассеяния имеет вид


т резонатор

Рис. 116. Фильтры-циркуляторы на волноводных мостах и гираторе на основе ферритового резонатора.

21 ~\+K+!V

(5.9)

где К - коэффициент связи ферритового резонатора с прямоугольным волноводом при расположении резонатора в области

круговой поляризации СВЧ магнитного поля. Соотношение (5.9) совпадает с формулой для коэффициента прохождения при включении резонатора как элемента связи. При сильной связи резонатора с волноводом потери энергии на передачу малы. Сильную связь в этой схеме циркулятора осуществить легче, чем в цирку-ляторе, использующем невзаимную связь двух волноводов при

О

9.0 9.2 ига.

Рис. 117. Частотные характеристики фильт-ра-циркулятора на щелевых волноводных мостах.

помощи резонатора. Это обусловлено тем, что в данном случае резонатор расположен непосредственно в волноводе, где амплитуда СВЧ магнитного ноля больше, чем в центре отверстия связи. Кроме этого, в данной конструкции циркулятора длина воздушного зазора магнитной системы определяется высотой только одного прямоугольного волновода. На рис. 117 показаны частотные характеристики элементов матрицы рассеяния, полученные при использовании в конструкции с щелевыми мостами феррито-

Рис. 118. Фильтр-циркулятор, использующий резонансный поворот плоскости поляризации в круглом волноводе с ферритовым резонатором.

вого резонатора с параметрами иф = 6 жж, х р=4050. КСВН-устройства не превышает 1,14 в диапазоне частот.

3. Фильтры-циркуляторы, использующие явление резонансного поворота плоскости поляризации [155]. Конструкция устройства представляет собой (рис. 118) сочетание резонансного вращателя плоскости поляризации с поляризационными тройниками. Если расположение ферритового резонатора и ориентация резонансного поля подмагничивания обеспечивают близкий к 90° поворот плоскости поляризации, как это описано выше, то в


11-799




устройстве на резонансной частоте имеет место резонансная передача энергии в направлении каналов 1-2-3-4-1.

Фильтры-циркуляторы используются для отбора сигналов различных частот из линии передачи, в которой распространяются эти сигналы. Эта задача селективного отбора энергии из многочастотной линии передачи является актуальной, например, в технике многоканальной передачи информации и др. [156].

Многорезонаторные ферритовые фильтры

Выполнение требований по избирательности и затуханию вдали от полосы пропускания в большинстве случаев возможно только при использовании многорезонаторных фильтров. Прин-

Рис. 119. Двухрезонаторный полосно-пропускающий ферритовый фильтр: / - ферритовые резонаторы; 2 - металлическая перегородка; 3 - щель связи.

цип их построения основан на использовании взаимной связи между резонаторами, а также каскадного включения отдельных полосно-пропускающих фильтров. Связь между резонаторами осуществляется обычно через конструктивный элемент связи, представляющий собой отрезок запредельного волновода, щель в металлической перегородке и т. д.

Важнейшим преимуществом многорезонаторных фильтров по сравнению с однорезонаторными является существенное уменьшение уровня ложных полос пропускания. Другим важным свойством многорезонаторных ППФ по сравнению с однорезонаторными является возможность существенного увеличения развязки вне полосы пропускания.

В двухрезонаторном фильтре (рис. 119) используются два ферритовых резонатора, расположенных в волноводе и.связанных через узкую щель в металлической перегородке. Степень связи регулируется изменением размеров щели или расстояния между резонаторами. При этом можно получить желаемую форму резонансной кривой аналогично системе связанных контуров. Для этой конструкции при ширине вертикальной щели 0,08 мм и толщине диафрагмы 0,02 мм при использовании волноводов сечением 23X10 мм и ферритовых резонаторов с параметрами иф = = 6 мм, х р=4050 и иф = 6,4 мм\ х р=1550 потери на резонансной частоте составляют около 1,5 дб. Полоса пропускания равна 48 Мгц. Развязка при расстройке 500 Мгц порядка 50 дб.

При построении фильтров, в которых взаимная связь между

отдельными резонаторами осуществляется через отрезок запредельного волновода, можно реализовать высокую развязку [153, 157]. Для расчета их можно использовать результаты теории синтеза фильтров на основе полых металлических резонаторов [143, 158], а также соотношения для коэффициентов связи крайних резонаторов с линиями передачи и для коэффициента взаимной связи между отдельными резонаторами.

С учетом уменьшения амплитуды СВЧ магнитного поля на входе отрезка запредельного волновода [42] для расчета связи крайних резонаторов с линиями передачи могут быть использованы соотношения для коэффициентов связи ферритового резонатора отдельно с входной либо выходной линией передачи при включении резонатора как элемента связи (табл. 5).

Взаимная связь между отдельными резонаторами, расположенными в отрезке запредельного волновода, может; быть рассчитана аналогично [62] или [158].

При взаимной связи резонаторов через квадратный отрезок запредельного волновода со стороной Ад коэффициент связи равен

с.кв 3

(5.10)

При получении соотношения (5.10) учтены только основные типы волн Яю и Яо1 в отрезке запредельного волновода и предполагается, что поле подмагничивания приложено вдоль оси отрезка запредельного волновода.

С учетом изложенного рассчитаем в качестве примера двухрезонаторный невзаимный ферритовый фильтр (рис. 120) с относительной полосой пропускания v = 4- О-з на средней частоте 2 Ггц (2А/ф = 8 Мгц). Ферритовые резонаторы изготовлены из монокристалла Са-Bi-V - граната и имеют собственную добротность Qo=1000, 2Д/о=2 Мгц. Уровень пульсаций I дб. н

р

Рис. 120. Двухрезонаторный ферритовый фильтр-вентиль: / - входной прямоугольный волновод: 2 - ферритовые резонаторы; 3 - выходной прямоугольный волновод.

Порядок расчета.

1. При заданном уровне пульсаций элементы фильтра-прототипа с чебышевской характеристикой равны [143] go=l, g\ = = 1,82, g2 = 0,68,3 = 2,66.

2. Требуемые коэффициенты связи резонаторов с входным и выходным прямоугольными волноводами равны (5.5) Ка~Кв - = 2,2. При расположении ферритовых резонаторов на входе от-



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