5.7. ФЕРРИТОВЫЕ СВЧ-ФИЛЬТРЫ

Отличительной особенностью ПЗФ и ППФ на основе ферритовых резонаторов является возможность электрической перестройки резонансной частоты. Основные принципы конструктивного выполнения перестраиваемых фильтров на основе ферритовых резонаторов заключаются в следующем:

1. Для обеспечения максимальной связи ферритового резонатора с линией передачи и небольших вносимых потерь резонатор должен располагаться в области максимального СВЧ магнитного поля соответствующей ориентации.

2. Для обеспечения большой полосы перестройки величина СВЧ магнитного поля не должна сильно изменяться с частотой.

3. Для создания фильтров, обладающих невзаимными свойствами, СВЧ магнитное поле должно быть поляризовано эллиптически (оптимальным является расположение резонатора в области круговой поляризации поля).

4. При построении ППФ важно обеспечить большую развязку входной и выходной линии передачи вне резонанса.

5. Для уменьшения размера, веса и потребляемой мощности магнитной системы устройство должно быть выполнено таким образом, чтобы воздушный зазор системы, где расположен резонатор, был по возможности меньшим. Принцип построения взаимных ПЗФ основан на использовании сильной взаимной связи ферритового резонатора с линией передачи. Резонатор расположен в области, где СВЧ магнитное поле имеет линейную поляризацию. При сильной связи почти вся мощность падающей волны в полосе заграждения отражается ко входу устройства. Этот вид заграждающих фильтров удобно выполнять на основе линий передачи с волной типа ТЕМ, в частности, на основе

полосковых линий. Для существенного увеличения затухания фильтра в полосе заграждения целесообразно использовать каскадное включение нескольких ферритовых резонаторов на расстоянии порядка один от другого [145—147]. Особенностью взаимных заграждающих фильтров является расширение полосы заграждения с увеличением затухания (5.2), (5.3).

Для создания невзаимных заграждающих фильтров ферритовый резонатор должен быть расположен в области эллиптической (желательно круговой) поляризации СВЧ магнитного поля. Вносимое затухание при этом определяется формулой

Полоса режекции на уровне 3 дб равна

При связи резонатора с линией передачи, равной и выполнении условия почти вся мощность падающей волны поглощается резонатором.

Обращает на себя внимание то, что при вносимое затухание, вычисленное по формуле (5.7), равно бесконечности. Это является следствием допущений, принятых при выводе формулы, и в первую очередь неучета конечных размеров ферритового резонатора. Практически при линейных размерах резонатора порядка удается получить затухание порядка 50 дб. При этом узкая полоса режекции обусловлена выбором небольшой связи резонатора с линией передачи. При полоса фильтра только в два раза шире полосы ненагруженного ферритового резонатора (5.8).

Возможный вариант конструктивного выполнения невзаимного ПЗФ на основе полосковой линии передачи [148] и типичная характеристика фильтра показаны на рис. 114. Из-за изменения положения области круговой поляризации СВЧ магнитного поля в диапазоне частот, а также из-за изменения степени связи резонатора с линией передачи в ПЗФ наблюдается изменение затухания в точке резонанса при перестройке фильтра в диапазоне частот.

Принцип построения полосно-пропускающих фильтров основан на использовании связи двух линий передачи при помощи ферритовых резонаторов [149—152]. Простейшей конструкцией однорезонаторного ППФ на основе ферритового резонатора является конструкция (рис. 115), в которой использовано включение резонатора как элемента связи двух волноводов. Характеристики этого фильтра при использовании прямоугольных волноводов сечением и ферритового резонатора с параметрами потери на резонансной частоте порядка 1 дб, потери вдали от резонанса (развязка) около 20 дб. Полоса

пропускания С ростом частоты полоса несколько увеличивается.

Особенностью однорезонаторного ППФ на основе ферритового резонатора является наличие дополнительных полос пропускания, обусловленных возбуждением магнитостатических видов колебаний [149]. Связь волноводов по магнитостатическим видам колебаний обусловлена неоднородностью распределения СВЧ магнитного поля по объему резонатора. Так, при настройке фильтра с указанными выше параметрами на частоту наблюдаются ложные полосы пропускания на частотах 8,28 Ггц, 9,38 и 9,6 Ггц.

Рис. 114. Невзаимный полосно-заграждающий фильтр (а) и его характеристики (б): 1 - частотная зависимость затухания в точке резонанса; 2 — зависимость затухания от расстройки резонатора в области резонанса.

Рис. 115. Однорезонаторный полосно-пропускающий фильтр с ферритовым резонатором: 1 — ферритовый резонатор; 2 — металлическая перегородка; 3 — отверстие связи.

Ширина полосы пропускания и развязка в этих полосах соответственно равны: и дб, 12,7 и 6,9 дб. Наличие этих полос пропускания фильтра ограничивает увеличение объема ферритового резонатора, используемого в однорезонаторном фильтре, поскольку связь резонатора с линией передачи по магнитостатическим типам колебаний существенно увеличивается с ростом диаметра сферического ферритового резонатора [76].