Фильтры для подавления паразитных излучений, в идеальном случае фильтры, (предназначенные для этой щели, должиы иметь, во-иервых, полосу пропускания с малыми шотерими такой ширины, чтобы проходили несущая частота и модуляционные составляющие, а -во-вторых, - для подавления паразитных гармоник -

полосу запирания, простирающуюся вверх на много октав. Кроме того, всегда бывает желательным, а зачастую и обизательным устранение возможности возникновении резонансов на паразитных частотах в передающей линии между источником высокой мощности н фильтром. Предотвращение таких резонансов важно, как с точки зрения сведеиия к минимуму трудностей, связанных с пробоем, так я для обеспечения оптимального режима работы лампы. Как правило, один фильтр ие может удовлетворить всем предъявляемым требовани-Я.М, и поэтому приходится прибегать к различным сочетаниям фильтров и вспомогательных элементов, описываемым ниже.

На рис. 15.01.3 приводятся блок-схемы наиболее распространенных фильтрующих устройств на большую мощность.

В фильтрующем устройстве, показанном на рис. I5.0l.3fl. используются два отражающих полоснопропускающих фильтра и два трехдецибельных направленных ответвителя. В полосе пропускания фильтров мощность передается со входа на выход без ослабления, а в полосе запирания - отражается от фильтров. В рабочей полосе частот направленных ответвителей большая часть этой отраженной мощности поглощается в нагрузке слева, и с передатчиком обеспечивается хорошее согласование (в идеальном случае в нагрузку справа мощность не поступает; ее включают для поглощения любой паразитной мощности, обусловленной рассогласованием нагрузки на выходе и другими причинами). На частотах, лежащих за пределами рабочей полосы на-- 320 -

г врноиаяи

Рис. 15.01.2. Частотный спектр па выходе клнстронного усилителя до {А) и после (В) регулировки клистрона, мипимязяруто-щей мощности гармоник при постоянной мощности основной частоты.

правленных ответвителей, возможно значительное рассогласование с передатчиком.

В фильтрующем устройстве, иоказаииач на рис. 15.01.36, используются отражающий фильтр нижних частот, трехдецибельиый направленный отлетвитель и сужающиеся иа конус волноводы, которые заканчиваются активными нагрузками и выполняют функции фильтров верхних частот [22]. Полоса пропускания данного

3-06 ги6ри0ш;&тние

Ba3 J

т

Dmpaxieitve

Зыкед

ФВЧ т котвобрйзм.

Bxoi

I Вьаоб

Рис. 15.01.3. Типичные блок-схемы фильтрующих устройств для

подавления паразитного излучения мощных передатчяшв. Заштрихованными треугольниками показаны согласованные нагрузки

устройства соответствует .полосе пропускания фильтра нижних частот. Прн этом фильтры верхних частот работают в свсгих полосах запираиия отражают всю падающую на их мощность. На вы-

11-476 - 321 -

соких частотах затухание в устройстве возрастает, так как фильтры верхних частот начинают нропускать и большая часть ладаю-щей на них мощности рассеивается в согласованных нагрузках. Однако не вся паразитная мощность поглощается таким образом, поскольку некоторые распространяющиеся в регулярном волноводе типы волн не будут пропускаться конусообразными волноводами. Любые отраженные волны в полосе запирания устройства, кроме того, ослабляются фильтром нижних частот. В рабочем диапазоне частот трехдецибельного направленного ответвителя получается относительно хорошее согласование, хотя за пределами этого диапазона ..может наблюдаться значительное рассогласование. В .обоих приведенных устройствах успешно используются шлейфные направленные ответвители (см. гл. 1,3), а также мостовые схемы с короткими щелями (23], в которых отверстие связи располагается в боковой стенке.

В фильтрующем устройстве на рис. 15.01.3e применен невзаимный широкополосный .вентиль на большую мощность [24] в сочетании с отражающим полоснопропускающим фильтром, В идеальном случае рабочий диапазон частот вентиля должен намного превышать нги-рину полосы пропускания фильтра, тогда обеспечивалось бы хорошее согласование во всем рабочем диапазоне вентиля. Хотя ширина рабочей полосы имеющихся в настоящее время вентилей недостаточна для фильтрации высших гармоник, тем не менее их можно успешно использовать дли поглощения излучения на частотах, близких к основной частоте.

Фильтрующее устройство, показанное на рис. 15.01.3г, представляет собой каскадное соединение отражающего и поглощающего фильтров нижних частот (поглощающий фильтр ослабляет сигнал, поглощая падающую на .него мощность; обычно он очень хорошо согласован как я полосе пропускания, так и в полосе запирания). В полосе пропускания оба фильтра имеют низкий уро- вень потерь. Поглощающий фильтр, как правило, вносит относительно высокое затухание на частотах второй и третьей гармоник и .меньшее затухание на более низких частотах. Если в качестве отражающего фильтра использовать описываемый ниже (см. § 15.05) фильтр вафельного типа, то его полоса запирания с высоким уровнем затухания может простираться от второй и вплоть до десятой .rapMOHnKH основной частоты. Тогда данное устройство можно рассчитать так, чтобы вафельный фильтр обеспечивал большую часть зату.хания, а -поглощающий фильтр работал, главным образом, как согласованный ослабитель, создавая при этом хорошее согласование с передатчиком на частотах гармоник. В тех случаях, когда не требуется высокий уровень затухания на гармониках .выше третьей, можно отражающий фильтр в схему не включать, а для получения требуемого затухания на частотах второй и третьей гармоник увеличить длину поглощаемого фильтра.

.В фильтрующем устройстве, показанном яа рис. 15.01.35, поглощающий фильтр нижних частот (см. рис. 15.01.3г) заменен от-- 322 -

ветвителем. который в рабочей полосе будет направленным с переходным затуханием О дб. причем гесметрия его такова, что мощность на (второй гармонике и на более высоких частотах проходит в основном в холостую нагрузку, а не к включенному на выходе отражающему фильтру. (Направленные ответвители с регулируемой связью, шлейфные (23, 25] ответвители (см. гл. 13) и мостовые схемы с .короткими щелями в боковой или вер.Х'ней стенках воиноэода экспериментально исследовались в рассматриваемой схеме. Преимущество шлейфных ответвителей заключается в том, что в шлейфы могут быть включены фильтры, что улучшает разделение основной частоты и гармоник. Экспери-менты показывают, что два каскадно соединенных тре.хдецибельных ответвителя с короткой щелью в боковой стенке, образующих, таким образом, ответвитель с переходным затуханием О дб, обеспечивают сравнительно хорошую характеристику данной схемы, кроме того, они компактны и относительно недороги (23].

Для улучшения согласования с передатчиком на частотах, лежащих за пределами рабочей полосы направленных ответвителей, можно также включить поглощающий фильтр между передатчиком 1Н устройствами, схемы которых приведены .на рис. 15.01.3a и б.

Размещение фильтра. Фильтр, шредназначенный для подавления гармоничесюих частот, следует располагать вблизи выхода системы, после ее последнего нелинейного элемента. Так, например, имеются некоторые доказательства, что переключатели типа приемник-передатчик генерируют значительное число гармоник. Поэтому предпочтительнее включать фильтр, .подавлиющий .паразитные частоты, между антенным переключателем и антенной, а не перед антенным переключателем непосредственно после передатчика.

15.02. Допустимая мощность в различных линиях передачи

В линиях передачи при распространении в них импульсных сигналов малой длительности (приблизительно менее б мксек) с низким уровнем средней, по высоким уровнем пмпульсноп мощности величина допустимой мощности обычно ограничивается пробоем, обусловленным ионизацией газа, запатняющего волновод. Нагревание волновода в этом случае не наблюдается. Градиент напряжения, при котором происходит пробой в воздухе, составляет около 2в кв/см при давлении в одну атмосферу и расстоянии между электродами, много большем, чем размах колебания свободных электронов, который, в свою очередь, много больше средней длины свободного .пробега электронов.

Указанные условия выполняются в обычных заполненных воздухом волноводах н коаксиальных линиях, работающих в частотном диапазоне 1-=-100 Ггц при давлениях 0,1 - 10 атм. Возникающий при этом пробой представляет собой безэлектродный разряд, так как большинство свободных электронов совершает много пе-11 - 323 -

риодов колебаний, прежде чем достигнет электрода. Гоулд (Gould) [26] И другие авторы (27] провели обширные исследования явлений газового пробоя; тем, кто интересуетси данным вопросом более подробно, следует обратиться к их работам. Харт ,(iHart) и другие (28, 29] проведи, кроме того, измерения величины допустимой импульсной мощности для целого ряда волноводных элементов и узлов.

Следующее условие, необходимое для возникновения разряда - яаличие свободного электрона. В конечном итоге бомбардировка космическими лучами или естественная радиоактивность всегда дадут этот электрон. .Однако считается, что при измерениях напряжения пробоя целесообразно получать его от радиоактивного источника. напри.мер, кобальта-60. TaJкoй источник может обеспечить активность 100 мкюри (т. е. испускать 3,7-10 электронов в-секулду).

Минимальная величина пробивной наприженности поля наблюдается при таком давлении, когда радиочастота равна частоте соударений в газе. На сверхвысоких частотах величина этого давления для воздуха меняется линейно от ~ 1 лж рг. ст. иа частоте 1 / гч и до ~ 10 мм рт. ст. на частоте 10 Ггц. (При более низких давлениях пробивная напряженность поля-быстро возрастает. При давлениях порядка ХОг^ мм рт. ст., соответствующих высокому ва-куу.иу, пробой уже определяется не ионизацией оставшихся молекул газа, а другим явлением, механизм которого полностью еще не выяснен. По всей вероитиости, наиболее важное значение здесь .имеет автоэлектронная эмиссия, т. е. нырьшание электронов нз металлических поверхностей электрическими полями с .напря-жеиностями порядка нескольких Мгв/см (30]. Такие напряженности поля .могут возникнуть из-за мельчайших неоднородностей на поверхности металла даже в том случае, коода средняя изпряжен-ность поля на ней много ниже указанной величины. Следовательно, в вакуумированных фильтрах на большую мощность и линиях передачи очень важно, чтобы внутренние поверхности бы.пи совершенно гладкими (31]. В случае мощных ла.чп в качестве расчетной величины часто используют пробивную напряженность постоянного поля для гладких поверхностей, равную 350 кв1см. Предполагается, что это значение пробивной наприженности прие-млсмо и для свч полей в условиях -высокого вакуума, поскольку других сведений по этому вопросу .пока нет.

Следует отметить еще одно я-вление, которое в обычных условиях не Вызывает заметного снижения мощности, передаваемой через вакуумированную линию передачи или фильтр - так называемый мультипакторный эффект или резонансный высокочастотный разряд. Этот эффект представляет собой резонансную вторичную эмиссию и наблюдается, когда время пробега электронов Л1ежду противопатожнымн электродами под действием электрического .поля равно .половине периода ра.диочастотного колебания. Обычно такое явление происходит при напряжении снг-нала по-- 324 -

рядка 1000 е. Его недавно использовали при создании антенных переключателей типа прием-передача [32].

На рис. 16.02.1 приводятся величины допустимой импульсной мощности б .рабочих диапазонах частот для ряда стандартных прямоугольных волноводов, заполненных воздухом при атмосферном давлении [33]. Эти значения мощностей можно вычислить по ф-ле (5.06. М), полагая, что максимальная напряженность элек-

Рис. 15.02.1. Диаграмма для определения допустимой импульсной мощности волноводов (при пробивной иапряженности электрического поля 29 кв/см).

Граничные случаи: / - волна ТЕМ; 2 -волна ТЕю при ftf =2: s- волна TEjo при /=1.41; 4-волиа ТЕи при /-1.25; 5 -волна ТЕМ в коаксиальной линин с волиоВ1,.ы сопротшитепиеы 44 ом

тричеокого поли при пробое равна 29 кв/см. Вол1новоды обозначены по стандарту RETMA или EIA (трехзначное число обозначает ширину .волновода В дюймах, умноженную на 100). Здесь же - 325 -