Пример. Для иллюстрации начальных этапов расчета цепи временной задержки нижних частот п-редположим, что требуется получить задержку около 7,2 нсек на частотах от нескольких мегагерц до 200 Мгц. Из тех же соображений, что и в § 4.08, предтю-ложим, что в качестве цеш задержки будет использован чебышев-ский фильтр с величиной пульсаций 0,1 дб и частотой среза /1 = 250 Мгц.

Из равенства (4.08.3) получим, что время задержки соответствующего иормированного фильтра-прототипа с частотой среза ci), = ! padlceK равно

= 11,3 сек.

Согласно выражению (4.08.2) и рис. 4.13.2 это номинальное время задержки может быть получено с помощью чебышевского (фильтра с величиной пульсаций 0,1 дб, состоящего из 13 реактнв-иых элементов. Следовательно, яз табл. 4.05.2 должен быть выбран прототип, у ксггорого rt=il3 и LAr=0,l дб. Далее из выбранного прототипа в соответствии с § 7.03 рассчитывается требуемый фильтр свч. При желания этот фильтр можно построить так, чтобы его длина ие превышала нескольких сантиметров, в то время как для получения той же временибй задержки потребовалась бы коаксиальная линия с воздушны заполнением длиной более двух метров.

Литература

1. Marcuvitz N. Waveguide Handbook, p. 178 (McGraw-Hill Book Company, New Уогк, N. V., 1951).

Справочник по волноводам. Перевод с англ., под ред. Я. Н. Фельда. М., сСоветское радио , 1952.

2. S а а 1 R. and U I Ь г i с h Е. Оп the Design of Filters by Synthesis, Trans., IRE, PGCT-5, pp. 284-327 (December 1958).

Te же таблицы и другие материалы имеются в книге: S а а 1 R. Der Entwurf von Flltern mit Hilfe des Kataloges Normierter Tielpasse, Telefunken GMBH, Backnang, Wurttemburg. Germany (1961).

3. Cohn S. B. A Theoretical and Experimental Study ol a Waveguide filter Structure. Cruft Laboratory Report 39, ONR Contract Ns 50 RI-?6, Harvard University (April 1948).

4. Cohn S. B. Analysis of a Wide-Band Waveguide Filter, Proc IRE 37, pp. 651-656 (June 1949).

5. G u i I 1 e m i П E. A. Communication Networks, Vol. 2, p. 439 (John Wiley and Sons. Ne r York, N. Y., 1935).

&Marcuvitz N. op. cit., p. 336-350.

Справочник no волноводам. Перевод с англ., под ред. Я. Н. Фельда. М.. Советское радио , 1952.

7. Cohn S. В. Design Relations lor the Wide-Band Waveguide Filter, Proc. IRE 38, pp. 799-803 (July 1950).

8 Eugene Sharp. A High-Power Wide-Band Walfle-Iron Filter, TechNote 2, SRI Project 3478, Contract AF 30 (602)-2392, Stanlord Research Institute, Menlo Park. Calllornla (January 1962). RADC-TDR-62-183. См. также IEEE Trans. PGMTTll. pp. 111116 (March 1963).

9 Leo Young. Suppression ol Spurious Frequencies, Quarterly Progress Report 1. SRI Project 4096, Contract AF 30 (602)-2734, Stanford Research Institute, Menlo Park, Calilornia (July 1962).

10 Leo Young and Schiffman B. M. New and Improved Types of Waffle-iron Filters, Proc. lEE (London)-,110, pp. 1191-1198 (July 1963).

11. Leo Young. Postscript Io Two Papers on Waflle-Iron Filters, IEEE Trans. PG,\1TT 11, pp. 555-567 (November 1963).

Глава 8

ПОЛОСНОПРОПУСКАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ (ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ о ПОЛОСНОПРОПУСКАЮЩИХ ФИЛЬТРАХ и УНИВЕРСАЛЬНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФИЛЬТРОВ С УЗКОЙ И СРЕДНЕЙ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ)

Введение

Эга глава псквящеиа расчету пслоснопропускающих фшьтров (ППФ) Вначале здесь рассматриваются общие положении и лопущеии , положенные в основу ирннятой в главе четотики расчета, затем приводятся расчетные соотношс-иня н другие данные для некоторых специфичных типов фильтров и, наконец, аается подробный вывод приведенных расчетных соотношений.

Расчетная методика весьма универсальна, однако она соде!ржиг приближе ния, справейливые для ,уэких полос, и поэтому используется- только при расчет фильтров с относительной шириной .полосы пропускания не более 0,2.

8.01. Основные свойства полоснопропускающих фильтров и фильтров псевдоверхних частот

Как выяснилось, в некоторых случаях проектировщиков может не интересовать общая теория расчета фильтров и им достаточно ограничиться расчетом только одной схемы, удовлетворяющей определенным требованиям. Прф! этом удобно пользоваться табл. 8.01.1. В ней приведены основные свойства различных типов фильтров, рассмотренных в гл. 8, S и 10, а также указаны параграфы, где можио найти соответствующие расчетные данные.

Фильтры, свойства которых приведены в указанной таблице, применяются при решении широкого круга задач. Некоторые из них используются как для узкополосиых, так и широкополосных фильтрующих систем. Кроме того, поскольку в свч диапазоне трудно или вообще невозможно построить фильтр верхних частот с хорошей характеристикой в полосе пропускания (вплоть до частот во много раз превышающих граничную частоту), то ППФ с широкой полосой пропускания, называемые здесь фильграм.н псевдоверхних частот, будут наиболее подходящими для таких целей.

Таким образом, многие тины фильтров, приведенные в табл. 8.01.0, могут рассматриваться и как потенциально пригодные - 336 -

ТАБЛИЦА S.OM

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛОСНОПРОПУСКАЮЩИХ ФИЛЬТРАХ И ФИЛЬТРАХ ПСЕВДОВЕРХНИХ ЧАСТОТ. РАССМОТРЕННЫХ D ГЛ. 8-10

ОБОЗНАЧЕНИЯ:

средняя частота первой полосы пропусканий; средняя частота второй полосы пропускания; максимальное затухание (ь'дб) в верхней полосе запирания (между ыо н (й5ря);

максимальное затухание (в дб) в полосе пропускания;

- относительная ширина полосы пропускания; длина волиы на частоте Шо;

- длина волиы в волноводе;

- длины волн в волноводе соответственно на средней частоте (Оо и на нижней и верхней граничных частотах полосы пропускания;

- относительная ширина полосы пропускания, выраженная через длины волн в волноводе

ша - аврв - (La)ubb -

La, -w -

h, - >. -

kgtt, kgt, ga -

Xji-Яда

Полосковые (или коаксиальные) фильтры и фильтры с полусосредоточеннымн элементами

(ОбРн=2шо. Величина (La)usb уменьшается с увеличением w. Величина (1л)ивв обычно велика при aj0,20 и равна только 5 или 10 дб прн w=OJ. Имеется полюс затухания первого порядка на частоте (0=0. Для резонаторов требуется диэлектрическая опора. Зазоры связи могут стать совсем малыми, когда w много больше 0,10 (что определяет допустимые пределы ширины полосы) -

В § 8.05 рассматривается расчет таких фильтров для о 0,2 или меньше. Вопросы, связанные с расчетом этих фильтров при больших значениях W или малых значениях Lat (например, 0Д}1 дб), а также с применением их в качестве фильтров верхних частот, рассматриваются в гл.9. В коаксиальной форме данный тип фильтра широко используется в качестве фильтров псевдо-верхилх частот

ч

ПоАосквВав линия

шярв Зио. Величина (La)ueb уменьшается с увеличением w, но при тех же значениях ш и шо (La)vsb будет больше, чем для рассмотренного выше фильтра Имеется полюс затухания высшего порядка на частоте ы=0. Диэлектрик не требуется, так ках индуктивные шлейфы обеспечивают механическую опору резонаторной секции. При одинаковых значениях w н ао емкостные зазоры связи будут больше, чем дли фитьт-ра 17

Продолжена табл 8.0t,l

Типичные резонатор секции фильтра

РошкоВая линия

ПалшоВая линии

Основные свойства

В §8.08 рассматривается расчет таких фильтров дли ш^З. Вопросы, связанные с расчетом этих фильтров при больших значениях w илн малых значениях La. (налример, 0,01 дб), а также с применением нх в качестве фильтров верхних частот, рассматриваются в гл. 9

(i)spa=3a)o. Имеются полюсы затухания первого порядка на частотах w=0 н м==2шо. Однако при незначительной рассгройие могут появиться узкие паразитные лолосы вблизи частоты 2ш. Требуется диэлеьтрпческая опора. Структура очень удобна для печати, когда ew:C0,15. Этот случай рассматривается в § 8.09.

Вопросы, связанные с расчетом таких фильтров при больших значениях isu, а также с применением их в качестве фильтров верхних частот, рассматриваются в §.10.02

сойРв = Зшо. Имеются полюсы затухания первого порядка на частотах ш=0 и а=2ыо. Однако прн незначительной расстройке могут появиться узкие паразитные полосы вблизи частоты 2tno. Короткозамыкающпе стойки обеспечивают меха-ii:i4eCK0e крепление резонаторой. Структура используется тля значений isu от 0,01 до 0,7 и базьше (см. § 10.02)

По/юс1[£ав линия

ссч^в^Зм,! И.метотся по1Юсы затухания первого порядка па частотах w = 0 и (u=2wo. Однако прн незначительной расстройке могут появиться узкие паразитные лолосы вблизи частоты 2(йо. Короткозамкнутые на концах шлейфы обеспечивают механическое крепление структуры. Фильтры используются для значений ш от 0,4 до 0,7 н б01ьше (с\1. § 10.03).

В § 10.05 рассматривается сличай, огда на ко1[цах фильтра добавляются посчедовательиые ипе11фы для получения полюсов затучаиия на до1Ю1иительных частотах.

jjb Типичный резонатор или п. секщш фильтра

Основные свойства

Пвласка^пя пышя

Коаксиальная структура с последовательными шлейфами, вылолненными внутри центрального проводника главной линии.

швРл=Зсоо. Имеются полюсы затухания первого порядка на частотах со=0 и со=2шо. Однако при незначительной расстройке могут появиться узкие паразитные полосы вблизи частоты 2ш. Для механического крепления проводников требуется днэле тр1П(. Структура пригодна для значений w порядка 0,6 и больше (см. § 10.03)

Ш5Рл=2()о. Имеется также полоса .пропускания около частоты о)=0. Полюсы затухания рас-пачожены выше и ниже шо на qacroTdX и

(2а)о-ш ), где частота о) может быть задана. Для механического крепления резонаторов требуется диэлектрик. Структуру лето выполнить печатным способом. Существует незначительное ограничение иа величину w, если значение выбирается произвольно (см. § 10.04)

ПвлсеивВая линия

Частота шярб может быть сделана равной 5о)о и больше. Имеется полюс затухания высшего порядка на частоте ш=0. Короткозамкнутые концы резонаторов обеспечивают механическое крепление, поэтому диэлектрик не требуется. Стр^тсту-ра очень компактна.

Расчетные данные для значений w0,\ приводятся в § В. 12.

/МтттттттттттттРт ПопвскаВая линия

Фильтр на встречных стержнях. шярв=Змэ-Имеются полюсы затухания высшего порядка на частотах ш=0 и w=2wo. Может быть выпопнен без диэлектрика. Расстояния между резонаторами относительно вел1ши, что снижает требоваиля к допускам. Структура очель компактна.

Расчетные данные для значений w от очень малых величин вплоть до 0.7 и больше приводятся в §§ 10.06 и 10.07