17.08. Результаты разработок векоторых опытных полоснопропускающих фильтров с магнитной перестройкой, имеющих полосковые входы и выходы *)

Здесь будет рассмотрено проектирование нескольких опытных фильтров с магнитной перестройкой. Поскольку часть данного процесса проектирования основана на методе экспериментальной под-тонки (а именно, определение размеров отверстий связи н расстояний между резонаторами), то полученные результаты могут послужить полезным руководством и при проектировании других типов фильтров.

Расчет экспериментального фильтра с двумя ИЖГ резонаторами и связью через верхнюю и нижнюю стенку. На рис. 17.08.1 показано поперечное сечение полосковых линий, которые были использованы в конструкции фяльтра с магнитной переспройкой типа, пршведенного на рис. 17.07.3. В данном случае полосковая линия была сделана несимметричной для того, чтобы обеспечить более сильную связь со сферами прн за-данном сопротивленви линии. Чем меньше расстояние di между полосковой линией и нижней стенкой, тем больше магнитная индукция и тем сильнее связь со сферой при заданном сопротивлении линии. Однако иопользование большого расстояния dz от верх-tiefi стенки приводит к увеличению воздушного зазора электромаг-иита, и тогда предпочтительнее другие средства для по.чучения сильной связи со сферой (как реко.мендовалось в § 17.07, .можно применить ступенчатый трансформатор, чтобы снизить сопротивление нагруэкн для резонатора),

В рассматриваемом случае внешн-не добротности были рассчитаны по формуле

Рис. 17.08.1. Размеры (в мл) полосковых секций экспериментального .фильтра тнпа, приведенного на .рис. 17,07.3

тде величина

m:iW{di/d,)ldi-f-d,)

377 it,

(17;08.1)

(17.08.2)

представляет собой эффективную ширину линии, соответствующую условиям отсутствия краевых емкостей), а Zj-волновое сопро-

) Эти разработки были проведены Картером [4, 61.

2) т. е. гипотетической .чинии с однородным полем по всей ширине внутреннего проводника, ограниченной по боковым сторонам магнитными стоиками .Спрнл, ред.).

тивление этой лияий. .Все остальные величины ли показаны на рис. 17.08.1, илн были определены выражениями (17.07.1) - (17.07.2) и на рис. 17.07.6. Фактическая ширина внутреннего проводника W полосковой ЛИ.НИН (см. рис, 17.08.1). при которой ее волиовое сопротивление равно Zj=50 ом, может быть найдена с помощыо данных по определению краевой емкости в § 5.05.

В этой экспериментальной конструкции фильтра были использованы ИЖГ сферы диаметром 1,88 мм, установленные на тонких диэлектрических пластинах (толщиной в 0,254 мм), как показано на рис. 17.08.2. Щель связи между сферами (см. рис. 17.07.3) име-

Рис 17.0S.2. Экспериментальные характеристики опытного двухрезонаторного фильтра типа, приведенного иа рнс. 17.07.3-

Совмещеиы частотные характеристики для четырех различных звачений напряжел. ости подмагничнвающего пола Нв. Размеры лняин в мм

ла ширину 2,67 и длину 8,13 мм, а металлическая стенка, разделяющая входную и выходную полосковые линии, была толщиной 3,18 мм (см. рис. 17.08.2). Как оказалось, целесообразно применять относительно толстую разделяющую стеику для того, чтобы достаточно разнести сферы друг от друга и предотвратить искажение подмагничивающего поля Но, вызываемое каждой нз сфер в области расположения другой. Каждая сфера была установлена гак, что ее центр находился на расстоянии 4,06 мм от вертикальной короткозамыкающей стенки, ограничивающей соответст-- 459 -

вующую полосКОВую линию. Внешняя добротность, рассчитанная при помощи ф-л (17.08.1) и (17.08.2), равнялась 105, а измеренные значения, полученные без щели связи, составлнли в среднем примерно 125, Как и следовало ожидать, прорезанне щели связи в стенке между двумя сферами привело к увеличению внешних добротностей, так что измеренные значения в среднем равнялись 170. Размер щели связи определялся путем последовательного увеличения ее ширины до тех пор, пока не была получена чебышевская характеристика с малой величиной пульсация.

При испытаниях одного из резонаторов в полосковой структуре без щели связи величина ненагруженной добротности изменялась от 550 на частоте 2 Ггц до 1255 на частоте 3,92 Ггц. После прорезання щели размером 2,67x8,13 л1ж добротности увеличились соответственно до 710 и 1810. Этот же резонатор при испы-талнн в волноводе имел ненагружеиную добротность 3800 на частоте 2,6 Ггц и 6600 на частоте 4,0 Ггц [4]. Значительно более низкие добротности в полосковой структуре объясняются влиянием ограничивающих металлических стенок.

Сферы устанавливались так, чтобы ось [111] (т. е. легкая ось) была параллельна вектору Но. На рис. 17.08.2 приведены экспериментальные характеристики затухания фильтра, полученные при четырех значениях иапряженности подмагничивающего поля Но-Заметим, что затухание вне резонанса является весьма высоким, хотя в каждом случае имеется паразитный провал характеристики ниже полосы пропускания. Чем больше средняя частота последней, тем глубже паразитный провал характеристики. Так происходит до тех пор. пока фильтр не будет настроен на частоту 4,5 Ггц. При этом паразитный провал характеристики сливаетсн с участком полосы пропускания. Минимальное затухание в полосе пропускания для данного фильтра равнялось 2,8 дб .при -настрой-ке на частоту 2,0 Ггц: 1,8 дб на частоте 2.6 Ггц: 1,3 дб на частоте 3,4 Ггц и 0.8 аб на частоте 3,9 Ггц.

Расчет фильтра с двумя ИЖГ резонаторами и связью через боковую стенку. На рис. 17.08.3 показаны размеры экспериментального фильтра типа, приведенного на рис. 17.07.4fl, со связью через боковую стенку. Поскольку разделяющая стенка со щелью легко снимается, то можно было испытывать стенкн различной толщины с различными размерами щели. ИЖГ сферы закреплялись на диэлектрических стержнях так, что их можно было поворачивать относительно оси [110] для достижения синхронной настройки. Такой способ регулировки предусмарнвался, главным образом, потому, что предполагалось впоследствии переделать этот фильтр в трехрезонаторный, н желательно было иметь средства для настройки резонаторов друг относительяо друга.

Следует заметить, что внутренние полосковые проводники (см. рис. 17.08.3) размещены ближе к разделяющей стенке, чем к внешним стенкам, чтобы можно было поддерживать требуемую связь между сферами, оставляй все же последние под провод-инками. - 460 -

При расчете размеров полосковых линий, соответствующих выбранному значению волнового сопротивления ZJ=50 ом, сначала определялась нормированная емкость линии на единицу длины Со?е по формуле

с„ 376.7

(17.08.3)

где ег - относительная днэлектрическаи проницаемость среды распространения. Затем были выбраны размеры (, Ь, s,/2 и S2/2, указанные на рис. 17.08.4, и по формуле

т-т(-т)[-(4-°1-(4-°).] <

Рис, 17.08.3. Конструкция двухреэоиаториого фильтра типа, приведенного на рис. I7.07.4o,

сферы; -диэлектрический стер

JV - полосковый рроводник; V - НЖГ-сферы трическая опора для центрального прово, размеры в jkjk

шора удалеия; IfiJ; VI - диэлек- -апертура. Все

рассчитывалась шнрнна линии w, необход-имйя для получения требуемого волнового сопротивления линии Z. В этой форму-

ле (C/o/e)i и (Q /e)2 - норагаровэнные краевые емкости, полученные из графиков на рис. 5.05.10 при slb=s,lb и slb-si/b соответственно.

В рассматриваемом экспериментальном фильтре использовались ИЖГ сферы диаметром 1,88 мм; расстояние d между полосковым .проводником линии и наружными пластинами было равно 2,8 мм. Из рнс. 17.07.6 видно, что указанные размеры дают достаточно низкое теоретическое значение внешней добротности, примерно равное 150. Измеренные значения Q,. в этой структуре колебались от 212 до 236, Такие отноонтельно высокие велнчпн^л добротностей без сомнения обусловлены в основном тем, что сферы размешены ближе к краям полосковых проводников, а не к их центрам. Размер щели поддерживался постоянным, а изменялась толщина разделяющей стенки (см. рнс. 17.08,3) до получения чебышевской характеристики с малой величиной пульсаций.

ПаЮмепши

Рнс 17.08.4. Обозначение размеров полоскавой личин для фильтра, приведенного на рис. 17.08.3

ТАБЛИЦА 17,08.1 ИЗМЕРЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДВУХРЕЗОНАТОРНОГО ФНЛЬТРА СО СВЯЗЬЮ ЧЕРЕЗ БОКОЙ'Ю СТЕНКУ (СМ. РИС, 17.08.3

) Приведенные значения полос были измерени на люпне 3 н 30 бб i

В табл. 17.08.1 и яа рис. 17.08.5 приведены результаты экспериментального исследования фильтра. Кривые на рис. 17.08.56 получены для фиксированной частоты прн изменении подмагничивающего поля. Как можно видеть из этого рисунка, паразитный провал характеристики ниже полосы пропускания более резко выражен, чем в случае фнльтра со связью через верхнюю и нижнюю стенки, характеристика которого показана на рис, 17,08.2. Вероятно, более глубокие паразитные провалы характеристики обусловлены здесь слишком близким размещением сфер у краев полосковых линий, Исшользуя более тонкую рааделнтельную стенку между полосковыми линиями, можно передвинуть сферы глубже под полосковые проводники этих линий. Однако было найдено, что более - 462 -

тонкая разделительная стенка уменьшает вносимые потери фильтра на нерезонансных частотах. Из рнс. 17.08.5а и табл. 17.0S.1 видно, что ширина полос фильтра а уровне 3 и 30 йб остается

и гл г. и W is

.в .4 , 5.zf,m го и а и д W V . аг(га,

ю и и гл и 3.1 0 ♦ 4/ ЖГгц Рис 17,08,5. Характеристики явухрезоиаторного фильтра, приведеиного иа рис. а - поведение в полосе пропускании; б - поведение в полосе запирания

ПОЧТИ постониной при перестройке, в то время как характеристика изменяется. Она соответствует связи выше критической на нижней границе диапазона перестройки и связи ниже критической иа - 463 -