14.4. СВЧ фильтры сжатия на основе многоотводных линий задержки

Использования СВЧ компонентов, которые являются приближенными аналогами низкочастотных фазосдвигающих схем с сосредоточенными параметрами, рассмотрено в разд. 14.2 и 14.3. Они могут непосредственно применяться так же как низкочастотные компоненты при создании согласованных фильтров для аналогичных классов кодированных ЧМ сигналов. Их можно применять также для создания широкополосных схем обработки дискретных кодированных сигналов, рассмотренных в гл. 8. В таких случаях СВЧ аналоги низкочастотных многоотводных линий задержки, полосовых фильтров и суммирующих схем могут использоваться непосредственно, при этом осложнения возникают только из-за способности их работать на более высоких частотах. Таким образом, СВЧ компоненты могут быть использованы для построения согласованных фильтров для сигналов со ступенчатой ЧМ или для создания фильтра на основе многоотводной линии задержки, рассмотренного в гл. 8.

Несколько отличный подход к построению фильтра сжатия заключается в использовании компонентов с фиксированными задержками для создания устройства обработки аналоговых ЧМ сигналов. Примером этого может служить применение согласованного фильтра со ступенчатой ЧМ для сжатия ЛЧМ сигналов, имеющих то же направление изменения частоты и частотную девиацию, как и сигналы со ступенчатой ЧМ, с которыми согласован фильтр. Такая обработка, очевидно, не является точной согласованной фильтрацией. Но сам метод может оказаться полезным при построении фильтров на частотах, на которых недисперсионные (задерживающие) компоненты удобнее использовать, чем компоненты дисперсионного типа. Пример построения фильтра сжатия такого типа приведен в работе Мюллера и Гудвина 17]. Их построение приведено ниже в качестве иллюстрации общего метода, не входящего в рассмотренные выше методы построения согласованных фильтров.

Он также является примером использования недисперсионных высокочастотных компонентов для устройств обработки кодированных сигналов. Хотя в приведенном примере рассматривается СВЧ устройство, очевидно, что этот же самый метод может быть использован для построения фильтров сжатия в частотных диапазонах, которые мы выше рассматривали при изучении дисперсионных УЛЗ и линий с сосредоточенными параметрами.

Фильтр сжатия, разработанный Мюллером и Гудвином, выполняет разбиение фазовой характеристики идеальной линейной функции ЧМ на равные интервалы, что показано на рис. 14.9.

Рис. 14.9. Разбиение фазовой характеристики согласованного фильтра на равных сегментов. Отметим различие а размерах частотных интервалов, соответствующих каждому сегменту.

Каждый фазовый интервал соответствует различным интервалам на оси частот. Фильтр сжатия представляет собой многоотводную линию задержки, в которой расположение отводов с соответствующими задержками согласовано со средней задержкой каждого фазового подынтервала. Таким образом, расположение отводов связано с функцией фазовой модуляции. Минимальное число подынтервалов фазы, необходимое для адекватного представления характеристики фильтра сжатия, равно корню квадратному из произведения длительности на полосу или коэффициента сжатия. При большем числе отводов в линии задержки можно получить лучшую аппроксимацию идеальной функции задержки согласованного фильтра. По существу этот метод основан на аппроксимации непрерывной зависимости задержки от частоты с помощью дискретного набора фиксированных задержек. Фазовая функция ЛЧМ сигнала определяется формулой

Представление выражения (14.10) исключает из рассмотрения отрицательные задержки в фильтре сжатия. Общее изменение фазы за интервал времени равно

Для равных фазовых подынтервалов смещение фазы между отводами линий задержки становится равным

Располагая отвод линии задержки в средней точке каждого фазового интервала, получаем следующее выражение для нарастающей фазы в точках расположения отводов:

Групповая задержка, соответствующая точке расположения отвода, может быть найдена из выражения (14.10) для фазовой функции и имеет вид

Значение частоты в средней точке, соответствующее каждой точке расположения отвода, будет

Фильтр, рассмотренный Мюллером и Гудвином, был рассчитан на работу в диапазоне от 300 до 400 Мгц и осуществлял сжатие ЛЧМ импульса длительностью 1 мксек при коэффициенте сжатия 100. Использованная в эксперименте многоотводная линия задержки имела 20 отводов и расположение их было равномерным, так что задержка между соседними отводами была постоянной по всей линии. В результате была получена структура лестничного типа, показанная на рис. 14.10. Для ввода и вывода сигнала

Рис. 14.10. Упрощенная схема фильтра сжатия. Слева область наивысших частот и минимальных задержек. справа — область намиизших частот и максимальных задержек.

в каждом отводе были использованы направленные ответвители. Параметры схемы сжатия, вычисленные с помощью равенствам. 14) и (14.15) и полученные Мюллером и Гудвином, сведены в табл. 14.1 Фильтр, построенный Мюллером и Гудвином, был предназначен для сжатия импульса длительностью в одну микросекунду при изменении его частоты от 300 до 400 Мгц. Полосовой фильтр с частотой был расположен в точке максимального приращения задержки относительно входной и выходной цепей. Приращения задержки и длины отрезков кабеля, приведенные в табл. 14.1 и 14.2» вычислены для этого фильтра и подобраны таким образом, что синтезированная задержка уменьшается по линейно-ступенчатому закону в интервале от 300 до 400 Мгц.

Таблица 14.1 (см. скан) Параметры схемы сжатия импульсов

В качестве элементов фиксированной задержки был использован коаксиальный кабель типа . При вычислении величин задержки или длины каждого отрезка кабеля были учтены

задержки в элементах соединений и направленных ответвителях. Длины каждого отрезка кабеля, приведенные в табл. 14.2, выбраны исходя из того, что каждый набор приращений задержки разделен поровну между входной и выходной ветвями многоотводной линии задержки. Всего было использовано приблизительно 195 м кабеля типа В качестве полосовых фильтров, использованных в вводных и выводных направленных ответвителях; были применены двухполюсные фильтры Бэттерворса. Значения ширины полосы изменялись от 6,1 до 8 Мгц; эти значения приведены в табл. 14.1. Пересечение характеристик происходит на уровне —1 дб относительно уровня отклика каждого фильтра на центральной частоте. Для того чтобы избежать возбуждения в фильтрах, были нежелательны резкие границы частотных характеристик полосовых фильтров.

Таблица 14.2 (см. скан) Длины отрезков замедляющего кабеля в схеме сжатия импульсов

Наконец, до и после каждого направленного ответвителя были введены аттенюаторы для выравнивания общей характеристики потерь, а также для того, чтобы облегчить минимизацию влияния отражений, вызванных рассогласованиями. Эти аттенюаторы могут быть также использованы для формирования частотного отклика с целью уменьшения боковых лепестков.

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

Полная схема фильтра приведена на рис. 14.11. Амплитудный отклик и вносимые фильтром потери показаны на рис. 14.12. Указанные резонансные частоты были получены экспериментально; их интересно сравнить со значениями, приведенными в табл. 14.1. Фильтр был размещен в трех блоках, размеры каждого из них. приближенно равны Для формирования амплитудного отклика был использован весовой фильтр, что позволило получить уровень боковых лепестков по дальности порядка —20 дб и увеличило ширину сжатого импульса по сравнению с оптимальным значением от 10 до 15 нсек. При этом функционирование системы было наилучшим. Тот же самый общий метод построения, что и рассмотренный выше, может быть применен для других функций ЧМ, или для согласованного фильтра со ступенчатой ЧМ [5]. Тот факт, что в общем случае все значения ширины полосы полосовых фильтров могут быть различными, означает, что следует обратить особое внимание на согласование их полосовых откликов для получения плоской суммарной характеристики отклика.