sir-

ria частоте 26 Гец. Чтобы фильтр удовлетворял заданным требованиям, общее число секций но длине фильтра было выбрано равным 7. Из у.р-щня (7.05.1) видно, что Ь отличается от Ь' не более чем на 5%, поэтому принималось Ь хЬ. Окончательные размеры фильтра, полученные этим методом, приведены иа рис. 7.05.1.

Нормированное .характеристическое сошротивление ZjjZo фильтра, вычисленное с помощью ф-лы (7.05.3), равно 2,24 на частоте 7,9 Ггц. Таким образом, высота Ьт нагружающего волновода, определяемая по форму пс

Ьг=Ь , (7-05.7)

должна быть равна 0,914 X 2,24 = 2,032 .ил. Экспериментачпьным путем было найдено, что на частоте 7,9 Ггц аптнм-альная величина Ьт=1,778 М.М.

Фнльтр соедпиен со стандартным волноводом WR-112 с помошью пли'Вных конусообразных переходов, ксв которых в диэпа-аоне частот от 7,1 до 8,6 Ггц ие превышал 1.06. Измеренные -вноси-мые потери фильтра в полосе пропуска-.иия оказались меньше 0,4 дб на частотах от 6,7 до 9,1 Ггц, а ксв - меньше 1,1 на частотах от 7,0 до 8,6 Ггц. График измеренного затухания фильтра в полосе запирания р веден .на рис. 7.05.5, из которого видно, что вк1апери.чентальные данные хорошо согласуются с теоретическими.

Ни в одном из аписам.ных выше фильтров три нагрузке нх на центрированные волноводы не было обнаружено паразитных провалов характеристики в пределах полосы запирания. Оказалось, однако, что паразитные полосы пролускан-ия могут и,меть место прн /.<2fr, если нагружающие волноводы на кaждo[ конце фильтра плохо выраънены. Пртнной этих паразитных полос является энергия, распространяющаяся в продольных прорезях фильтра в виде колебания, которое имеет горизонтальную составляющую электрического -поля. Отсюда следует, что для получения максимальной ширины полосы запиран'Ия необходимо хорошо центрировать волноводы, нагружающие вафель-ные фильтры.

Расчет вафельного фильтра со специальны.ми оконечными сек-ция.ми для улучшения сог.шсования сопротивлений. В качестве третьего - последнего примера - рассмотрим расчет фильтра нижних частот вафельного типа, который содержит ступенчатые трансформаторы с -продольными прорезями, При расчете этого фильтра, предполагается, что он нагружен с обоих кон-цов на вол-- 336 -

70 г/ (Гщ

Рис. 7.05.Й. Затухание и noio-се запиралня фи.чьгра I] ija-фелыюго тииа

wr 51 Полоса пропускания фильтра занимает дчапазон 50 2 Г^ГГполоса за-пирания в пределах которой затуха-составляет более 40 дб, от 30 до 63 Ггц.

Рнс. с по

7 05.6. Внешн.и-. иид фильтра III вафельного типа ,10Сой пршускашш от 15 до 21 Гщ и поюсон запирания от 30 до 63 Ггц. BнlIз^ показаны дета.1н фильтра

На рис. 7.05.6 показан такой фильтр, -выпол-кенный в виде азъемной конструкции, которая выбрана так, чтобы каждая из -тырех частей .фильтра была достаточно простой в изготов-чен-нн.

Из-за продольных прорезей в ступенчатых трансформаторах йСчет этого фильтра отличается от расчетов, оп-исанных ранее. Дело в том, что благодаря прорезям волны, падающие иа транс-j р-чатЪры (например, волны типов ТЕц -или Т.М ), мо,гут воз- >Ждать ушомянутыс выще колебания щелевого тнпа с горизонтальной составляющей электрического поля, которые будут рас-PiocrpaHHTbCH через фильтр, ес.чи Поэтому при расчете

, .льтра необходимо выбрать иа самой высокой, частоте

иосы запирания, т. е. иа частоте 63 Ггц. Для данного примера Ь=2,04 мм и Ь = 24,6 Ггц (X.i = l,219 сл). Использовано пять выступов рифления по ширине волновода с =1 мм и i= 1,582 м.ч. С помощью рис. 7.04.5а на.ходим. *о= = 0,533 .и.и. а из рис. 7.04.56 - расчетный пара.\1егр 0 = 7. Псд-- 337 -

ставляя найденные величины в ф-лу (7.0-1.И), определяем 5 = 0,139 или 6=0,287 , . . Уменьшение высоты зазора з-за наличия (Продольных прорезей вычисляем с помощью выражения (7.05.1) и иа.ходим =0,77 или Ь =<),221 мм.

Высота йт нагружающего волновода из параллельных лласгин, при которой обеспечивается согласование на частоте 18 Ггц, определяемая по ф-пе (7.04,16), равна 0,787 .км. Фактическая высота линий с продольными прорезями, используемая в расчете, рав^на йт = 0,762 мм.

Для дальнейшего улучшения согласования фильтра в рабочей полосе на каждом его конце включаются оконечные трансформирующие секции с Teviii же самыми величинам^и Ь, Ь п I, но значелие / взято равным не 1,582, а 1,016 .им. Из-за этого уменьшения величины / характеристическая проводимость оконечных секций на .низких частотах .примерно на 14% ниже ха-ракте-ристнческой лровощимости средних секций, а характеристическая граничная частота их примерно иа 14% выше граничной частоты средних сек-

цнй.

На .рнс. 7.05.7 .приведен график xapaiKTepHCTH4ecK0H проводимости средней и оконечной секций фильтра, нормированных к зл.таовой проводимости волновода из 1парал<лельных пластин вы-сс-той 11=2,040 мм. Характеристический фазовый сдвиг оконеч1Ных секций равен 90° на верхней частоте рабочей полосы 21 Ггц и не-эначительио отличается от 90° в остальной ее части. Как показано на рисунке, уровень .характеристической проводимости всего фильтра преобразуется гак, чтобы в пределах рабочей полосы приблизиться к нормированной проводимости нагрузки ут=2,68. Более общее рассмотрение этой методики согласования приводилось в § 3.08.

Емкость неоднородности на стыке между оконечной сек.цией и нагружающей линией скомпенсирована чменьшеиием дл-ины каждой оконечной секции на 0.1016 .им в соответствии с ур-нием (7.04.17).

Четвертьволновый трансформатор с продольными прорезями. Четвертьволновые трансформаторы, ря.д секций которых содержит - 338 -

Рнс. 7.05.7. График нормированной характеристической проводимости промежуточных и оконечных секций фильтра 111 вафельного типа (нормирование производится к проводимости волновода из двух параллельных пластин с высотой fe).

Кривая Л - проводимость громежу-

точных секций; кривая Б - проводимость i/ оконечных секций; у - при&,изителььз1й уровень проводимости фильтра:

продольные прорези, были рассчитаны для вафельного волноводного фильтра 111 с помощью методов гл. 6. Если бы ни одна из секций трансформаторов не имела этнх прорезей, то при расчете соответствующий коэффициент трансформации был бы равен отношению высоты нагружающего фильтр волновода (WR-51). равной 6,477 мм, к высоте волновода, обеспечивающей согласованную нагрузку фильтра. Поскольку в данном случае высота равна 0 762 мм, то коэффициент трансформации имел бы значение: б;477/0,762 = 8,5.

Если фильтры и ступенчатые трансформаторы ввшолнены из одного и того же куска металла, то трудно прорезать продольные канавки в фильтре (точнее, в основном его теле) так, чтобы иа последней стадии обработки не оказалскь прорезей в ступенчатых трансформаторах. Однако от этой трудности можно избавиться, если последние вьшолннть в виде вставок или съемных секций. В протиЬнсш случае ступенчатые трансформаторы должны быть рассчитаны с учетом продольных прорезей. Наличие их приводит к увеличению коэффициента гра'нсформаиии примерно иа 8%, поскольку волновое сопротивление ступени трансформатора с прорезями несколько ниже, чем без инх.

Подробное изложение .метода расчета волнового сопротивления волновода с прорезями приведено ниже. Однако уже из качест-веяиого анализа видно, что волновое сопротивление такого волновода по сравнеиию с обычным имеет тенденцию к увеличению из-за уменьшения емкости между верхней и нижней стенками волновода'). Вместе с тем, прорези уменьшают длину волны в волноводе, что ведет к уменьшению его Волнового сопротивления. Как оказалось, в результате суммарного воздействия этнх двух действующих в противоположных направлениях факторов волновое сопротивление волновода с продольными прорезями обычно будет меньше, чем у волновода без них.

Настоящий расчет был выполнен с учетом продольных прорезей, но, вероятно, в большинстве случаев их можно не учитывать'). Отношение длин во.ди в волноводе, соответствующих самой низкой и самой высокой частоте рабочей полосы трансформаторов, было выбрано равным 2,5, что позволило с запасом перекрыть отношение длин волн в волноводе, соответствующих границам рабочей полосы фильтра (равное 2,17). Максимальное теоретическое значение ксв в полосе пропускания равно 1.023. Для данного трансформатора использовано пять ступеней длиной ?,g/4.

) Вообще говоря, понятие емкости (точнее емкости на единицу длины) применимо только к волноводу 113 двух параллельных пластин, но не к полому волноводу с прямоугатьныч сечением. Если же для волновода из двух параллельных пластин перейти к понятию емкости на единицу площади, то с опредс--1снными оговорками оно применимо и для ва.1Новода с прямоугольным сечением (длн его средней части), во венком случае прн качественном о&ьнсненни явления, как это сдечано авторалги книги (прим. ред.).

Вычисления ]1оказали. что. по крайней мере, в нескатьких случаях учет нродй1Ы1ых прорезей очень иезначнтельно влниет ма результаты - 339 -

Методика расчета, позволяющая \ честь наличие продольных дующем <1У чатых трансформаторах, заключается в сле-

Лусть волновое солротивление 2 волновода с продольными прорезями равно

(7.05.8)

где Zo(do)- волновое сопротивление волновода с прорезями на бесконечней частоте; )к - его критическая длина во.тны; Zo(oo) и л/л,--функции высоты волновода Л которая примята за независимую переменную при построении графиков этнх величин (на рис. 7.05.2, если рассматривать его нижнюю часть как поперечное сечение грансфарматот)ов с продольными прорезями, hi соответствует Ь ). Сначала вычисляется Zo(oo) для нескольких значений 1г<Ь (величина 6, как и в предыдущем случае, определена иа рис. 7.05.2) при распространении волн типа ТЕ.М в продольном направлении. Так как линия является однородной в направлении распространения, то

7 , , 33,36.10-1-Z (oo)=--, см.

(7.05.9)

где Со - емкость в фарадах на сантиметр длины волновода ш-и-рниой а. Ее можно выразить как

С„ = С^+С , (7.05.10)

Здесь Срр-полная плоскстараллельная емкость продольных выступов волновода, определяемая по .приближенной ф-ле

С„ . 0,08855 10 f- - , ф/см. (7.05! 1)

Полная емкость Cd ступенчатых неодпородностей для всех 2т ступенек по ширине волновода приблизительно равна

Q = (2) 0,08855- IQ- (arc tg> ) , Ф/см.

(7.05.12)

Критическая длина волны }.с прямоугольного волновода с продольными прорезянн вычисляется из условигя поперечного резонанса при значениях hi, использованных выше. Теперь необходима рассмотреть, как меняется индуктивность п емкость для волн, распространяющихся через волновод шириной а в прямом п обратном направлешшх, перпендикулярно продольным прорезям.

- 340 -

. Лы будем .использовать статические значения емкости и ин-дукпгвиости, считая для .конкретности, что волны, распространяющиеся в прямом и обратном направлениях по ширине волновода, ограничены магнитными стенками, перпендикулярными к его продольной оси и расположенными иа расстоянии w, см, друг от друга. Емкость отрезка длиной w на сантиметр ширины волновода (т. е. линейного размера, поперечного по отиошеиию к его продольной оси) равиа

?,ф/см.

(7.05.13)>

Индуктивность на сантиметр ширины для того же отрезка приблиз-ительно .рав-на

i<,=0,01257 10-* + , гн,см, (7.05.14)

где все размеры в сантиметрах. Тогда новая фазовая скорость в поперечном направлении .может быть вычислена по формуле

а„ - -- , см/сек, (7.05.15)

а новая критическая длина волны будет ра-вна

> =2а () (7.05 16>

где v-Скорость света в воздухе, т. е. 2,99778.10° cmjcck.

Дальше с пом'Ощью выражения (7.05.8) строится график зависимости Zog от К Из этого графика определяется высота волновода hi для каждого сопротивления Zt ступенчатого трансформатора, а также для оптимального волнового сопроти.вления, нагружающего фильтр волновода (которые предварительно вычислены). И, наконец, рассчитывают новые значения длин ступенек с Прорезями на средней частоте полосы пропускания, используя величины kl, полученные из новых з.наченин Лс с помощью соотношения

(7.05.17)

На рис. 7.05.8 приведено схематическое изображение фильтра с указанием размеров. Длины нагружающих волноводов на каждом конце фильтра были скорректированы экспериментальным путем на его низкочастотной модели с тем, чтобы обеспечить наилучшее согласование в полосе пропускания. С помощью этого метода получены следующие результаты: максимальный ксв в .полосе пропускания-1,4; максимальное затухание в паюсе проп)х;ка-ння -0,7 дб.

На рис. 7.05.9 показана .характеристика затухания того же-фильтра в полосе запирания, снятая на его низкочастотной чсде-- 341 -