Многофункциональные фильтры

Для создания многофункциональных СВЧ-устройств обычно используется сочетание ферритового резонатора с различными волноводными узлами. Подобные устройства сочетают в себе функции фильтра и вентиля, фильтра и циркулятора и др. [64, 79, 153]. Рассмотрим несколько типов конструкций подобных устройств.

1. Фильтры-циркуляторы, использующие невзаимную связь линий передачи при помощи ферритового резонатора [69, 79]. В конструкции используются два прямоугольных волновода (рис. 47, а, б), невзаимная связь между которыми осуществляется при помощи резонатора, расположенного в отверстии связи, которое выполнено в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля обоих волноводов. На резонансной частоте в рассматриваемой системе имеет место передача энергии в направлении каналов 1—2—3—4—1. Энергетические соотношения в системе описываются матрицей рассеяния (3.40).

Рис. 116. Фильтры-циркуляторы на волноводных мостах и гираторе на основе ферритового резонатора.

Если изменить положение вторичного волновода 2—3 так, чтобы по отношению к нему ферритовый резонатор находился в области линейной поляризации СВЧ магнитного поля и плечо 3 сделать коротко-замкнутым, то полученный таким образом волноводный узел с ферритовым резонатором представляет собой трехплечий циркулятор с передачей энергии в направлении каналов 1—2—4—1. Энергетические соотношения в системе описываются матрицей рассеяния (3.42).

2. Фильтры-циркуляторы, использующие гиратор на основе ферритового резонатора [154]. На рис. 116 показаны две конструкции частотно-избирательных циркуляторов, в которых использован гиратор на основе ферритового резонатора. В первой конструкции использовано каскадное включение двух щелевых волноводных мостов, во второй — включение -образных мостов. Ферритовый резонатор расположен в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля и включен между волцоводными мостами. В системе на резонансной частоте ферритового резонатора имеет место передача энергии в направлении каналов 1—2—3—4—1. Энергетические соотношения в системе можно получить, используя волновую матрицу рассеяния (3.26) и методы теории направленных графов. Так, соотношение для элемента матрицы рассеяния имеет вид

где К — коэффициент связи ферритового резонатора с прямоугольным волноводом при расположении резонатора в области

круговой поляризации СВЧ магнитного поля. Соотношение (5.9) совпадает с формулой для коэффициента прохождения при включении резонатора как элемента связи. При сильной связи резонатора с волноводом потери энергии на передачу малы. Сильную связь в этой схеме циркулятора осуществить легче, чем в циркуляторе, использующем невзаимную связь двух волноводов при помощи резонатора.

Рис. 117. Частотные характеристики фильтра-циркулятора на щелевых волноводных мостах.

Это обусловлено тем, что в данном случае резонатор расположен непосредственно в волноводе, где амплитуда СВЧ магнитного поля больше, чем в центре отверстия связи. Кроме этого, в данной конструкции циркулятора длина воздушного зазора магнитной системы определяется высотой только одного прямоугольного волновода. На рис. 117 показаны частотные характеристики элементов матрицы рассеяния, полученные при использовании в конструкции с щелевыми мостами ферритового резонатора с параметрами КСВН-устройства не превышает 1,14 в диапазоне частот.

Рис. 118. Фильтр-циркулятор, использующий резонансный поворот плоскости поляризации в круглом волноводе с ферритовым резонатором.

3. Фильтры-циркуляторы, использующие явление резонансного поворота плоскости поляризации [155]. Конструкция устройства представляет собой (рис. 118) сочетание резонансного вращателя плоскости поляризации с поляризационными тройниками. Если расположение ферритового резонатора и ориентация резонансного поля подмагничивания обеспечивают близкий к 90° поворот плоскости поляризации, как это описано выше, то в

устройстве на резонансной частоте имеет место резонансная передача энергии в направлении каналов 1—2—3—4—1.

Фильтры-циркуляторы используются для отбора сигналов различных частот из линии передачи, в которой распространяются эти сигналы. Эта задача селективного отбора энергии из многочастотной линии передачи является актуальной, например, в технике многоканальной передачи информации и др. [156].