Рис. 12. [0.4. Вычисленные характеристики фильтров, иаображенчнх на рис. 12.10.3:

а - в обычном масштабе; б - в расширенном диапазоне частот. Сплошной линией показана характеристика для тх)чного случая (высокоомные шлейфы), пунктирной - для шлейфного фнльтра с емкостной связью

Литература

1. Young Leo, Matthaei G. L. and Jones E. M. T. Microwave Band-stop Filters with Narrow Stop Bands, IRE Trans. PGMTT-10 pp 416-427 (November 1966),

2. Ozaki H. and Ishii J. Synthesis of Transmission-Une Networks and Design of UHF Filters, IRE Trans. PGCT-2, np. 325-1336 (December 1955).

3. Ozaki H. and 1 Shi i J. Synthesis of a Class of Strip-Line Filters, IR : Trans. PGCT-5, pp. 104-109 (June 1958).

4. J о П e s E. M, T. Synthesis of Wide-Band Microwave Filters to Have Prescribed insertion Loss, IRE Convention Record, 1956 National Convention, Part 5, pp. 119-128.

5. Schiffman B. M, Carter P. S., Jr. and Matthaei C. L. Microwave Filters and Coupling Structures, Quarterly Progress Report 7, Sec. 11, SRI Project 3527, Contract DA 36-039 SC-87398, Stanford Research Institute, Menlo Park, California (October 1962).

6. Schiffman B. M. and Matthaei G. L. Exact Design of Band-Stor> Microwave Filters, IEEE Trans. PTGMTT-12, pp. 6-15 (January 1964).

Глава 13.

НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ НА СВЯЗАННЫХ ПЕРЕДАЮЩИХ ЛИНИЯХ С ВОЛНОЙ ТЕМ И ШЛЕЙФНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ

13.01. Введение

В этой главе рассматриваются только два из всех существующих типов направленных ответвителей, наиболее близкие к тематике данной книги, а именно: ответвители иа параллельно связанных передающих линиях с волной ТЕМ (1-7] (§§ 13.01-13.08) и шлейфные, которые могут быть ответвителями с волиой ТЕМ, либо волиоводиыми (§§ 13.09-13.14). Ответвители первого типа представляют интерес благодаря своей тесной связи с направленными фильтрами (см. гл. 14), оии наиболее широко используются иа практике, и, кроме того, авторы -располагают более детальной информацией о них. Ответвители второго типа, как будет показано в гл. 15, полезны в фильтровых системах большой мощности. В этой области их применения у авторов также имеются соответствующие дополнительные сведеиия.

Рис. 13.01.1, Типичные конфигурации и частотные характеристик: односекционного (а) и трехсекииопного (б) направленных ответвителей на передающих линиях с волной ТЕМ

На рис. 13.01.1 схематически показаны два ответвителя: четвертьволновый и в три четверти длины волиы, а также приведены их частотные характеристики. Эти ответвители, как и все, описываемые здесь, имеют симметричную структуру. Сигнал в связанном плече распространяется в направлении, обратном направлению распространеиия входного сигнала, и поэтому такие ответвители часто называются противонаправленными . Электрическая длина О каждой связанной секции в днух ответвителях равна 90 на средней частоте полосы. Изменение переходного затухания (связи) от частоты в четвертьволновом одно-секционном ответвителе будет приблизительно синусоидальным. Зависимость переходного затухания (величины связи) от частоты будет намного меньше в трехсекциониом ответвителе, который получен путем каскадного соединения трех четвертьволновых. Регулировкой связей трех ответвителей можно добиться, чтобы характеристика переходного затухания была максимально плоской или имела равные пульсации.

Еще более широкие полосы (получаются в результате каскадного соединения более трех ответвителей, в которых могут быть использованы различные конфигурации связанных линий (рис. 13.01.2). Конфигурации о. 6 и в лучше всего подходят для ответвителей со слабой связью, а именно 20, 30 дб и т. д. Для ответвителей с сильной связью, например 3 дб, лучше всего использовать конфигурации г, д, €, Ж, 3. Промежуточные значения связи обычно легче всего получить, используя конфигурации г, д, е, ж, хотя часто оказывается полезной и конфигурация а. Недостаток конфигурации д заключается в том, что ее отдельные линии расположены несимметрично относительно наружных заземленных пластин и, следовательно, в соединениях иа концах линий могут возбудиться паразитные типы колебаний. Однако это можно предотвратить, если заэкранировать структуру с обеих сторон так, чтобы могли распространяться только волны типа ТЕМ. В конфигурации е подобная трудность не возникает, поскольку в ней одна из линий сдвоена, а вторая в случае сильной связи прокладывается внутри сдвоенной линии. - 221 -

Рис. 13.01.2. Поперечные сече.я типичных связанных передаюших

линий с ватной ТЕМ: п. б, в - конфигурации для слабой связн; г, д, е ж. з - конфигурации для сильной связи

в данном случае структура электрически уравновешена относительно наружных пластин, н паразитное колебание ТЕМ между наружными пластинами не будет возбуждаты:я. В конфигурации 3 используются проводники А я В круглого поперечного сечения, окруженные проводником С. Электрический потенциал последнего находится в подвижном равновесии (как говорят, является плавающим) относительно потенциалов первых двух проводников и заземленных пластин Д Применение экрана С с плавающим потенциалом значительно увеличивает связь между линиями Л и В.

Использование той или иной конфигурации зависит от ряда факторов, Однако конфигурация а чаще всего применяется при слабой связи, а конфигурация д-при сильной связи. Обе они могут быть выполнены печатным способом. Конфигурация в, использующая круглые проводники, особенно хороша при передаче большой мощности в случаях слабой связи. Конфигурация д при изготовлении ее из толстых полосок с закругленными концами также удобна при передаче большой мощности, но в случаях сильной связи.

В §§ 13.05 и 13.06 приводятся подробные конструктивные расчеты, которые могут оказать помощь читателю в выборе наиболее подходящей конфигурации для каждого конкретного случая.

Очень существенным для работы таких ответвителей является равномерное заполнение поперечного сечения воздухом или каким-либо другим диэлектриком с малыми потерями. Конфигурации в и ж, имеющие достаточную жесткость, могут быть заполнены воздухом. В других конфигурациях в качестве опоры для полосковы.х проводников обычно приходится применять твердый диэлектрик с малыми потерями.

13.02. Расчетные соотношения для односекционных направленных ответвителей на связанных передающих линиях с волной ТЕМ

Направленные ответвители иа связанных передающих линиях с волной ТЕ.М теоретически идеально согласованы и имеют бесконечную направленность на всех частотах. Если падающая ВОлна напряжения с амплитудой Е поступает в плечо / четвертьволнового ответвителя (см. рис. 13.01.1), то напряжение в плече 2 вычисляется из соотношения

£i icsine

Е V1-ccose-l-isire а напряжение в плече 4 - из соотношения

Е VI-с cos в-1-1 sin в где с ~ коэффициент связи, который равен стоте полосы.

(13.02.1)

(13.02.2)

на средней ча-

Поскольку фазы напряжений и E обычно не представляют большого интереса, то выражения (13.02.1) и (13.022) можно свести к следующим:

(13.02.1а)

(13.02.2а)

Из выражения (13.02.1) можно видеть, что прн малых значениях с величина ЕгЩ изменяется как sin 0. Для больших значений с зависимость переходного затухания от частоты показана на рис. 13.02.1. Напряжение в плече 3 равно нулю (эти результаты доказываются в § 13.07).

Электрическая длина 8 связанных линий связана с физической длиной ( со-о 2п1

отношением 8 = - , где

л - длина волны в среде, окружающей связанные линии.

Коэффициент связи по напряжению на средней частоте полосы равен

(13.02.3)

US Oi

OJ m US a и a e

Рис. 13.02.1. График переходного затухания для oднoceкциoнны^ направленных ответ, вителей с сильной связью на передающих линиях с волной ТЕМ

с - отношение напряжении в плече связи к и пряжению возбуждения на средней частоте; в - электрнчеснаи длина участка связи

где Zof и Zoo - сопротивления для четного и нечетного типов колебаний, рассматриваемые ниже.

Для полного согласования ответвителя с нагружающей его линией передачи, имеющей волновое сопротивление Zo, необходимо, чтобы выполнялось равенство

(13.02.4)

Z.= VZ .Z . - 223 -