Многорезонаторные ферритовые фильтры

Выполнение требований по избирательности и затуханию вдали от полосы пропускания в большинстве случаев возможно только при использовании многорезонаторных фильтров.

Рис. 119. Двухрезонаторный полосно-пропускающий феррито-вый фильтр: 1 — ферритовые резонаторы; 2 — металлическая перегородка; 3 — щель связи.

Принцип их построения основан на использовании взаимной связи между резонаторами, а также каскадного включения отдельных полосно-пропускающих фильтров. Связь между резонаторами осуществляется обычно через конструктивный элемент связи, представляющий собой отрезок запредельного волновода, щель в металлической перегородке и т. д.

Важнейшим преимуществом многорезонаторных фильтров по сравнению с однорезонаторными является существенное уменьшение уровня ложных полос пропускания. Другим важным свойством многорезонаторных ППФ по сравнению с однорезонаторными является возможность существенного увеличения развязки вне полосы пропускания.

В двухрезонаторном фильтре (рис. 119) используются два ферритовых резонатора, расположенных в волноводе и связанных через узкую щель в металлической перегородке. Степень связи регулируется изменением размеров щели или расстояния между резонаторами. При этом можно получить желаемую форму резонансной кривой аналогично системе связанных контуров. Для этой конструкции при ширине вертикальной щели и толщине диафрагмы при использовании волноводов сечением и ферритовых резонаторов с параметрами потери на резонансной частоте составляют около 1,5 дб. Полоса пропускания равна Развязка при расстройке порядка 50 дб.

При построении фильтров, в которых взаимная связь между

отдельными резонаторами осуществляется через отрезок запредельного волновода, можно реализовать высокую развязку [153, 157]. Для расчета их можно использовать результаты теории синтеза фильтров на основе полых металлических резонаторов [143, 158], а также соотношения для коэффициентов связи крайних резонаторов с линиями передачи и для коэффициента взаимной связи между отдельными резонаторами.

С учетом уменьшения амплитуды СВЧ магнитного поля на входе отрезка запредельного волновода [42] для расчета связи крайних резонаторов с линиями передачи могут быть использованы соотношения для коэффициентов связи ферритового резонатора отдельно с входной либо выходной линией передачи при включении резонатора как элемента связи (табл. 5).

Взаимная связь между отдельными резонаторами, расположенными в отрезке запредельного волновода, может быть рассчитана аналогично [62] или [158].

При взаимной связи резонаторов через квадратный отрезок запредельного волновода со стороной коэффициент связи равен

При получении соотношения (5.10) учтены только основные типы волн в отрезке запредельного волновода и предполагается, что поле подмагничивания приложено вдоль оси отрезка запредельного волновода.

С учетом изложенного рассчитаем в качестве примера двух-резонаторный невзаимный ферритовый фильтр (рис. 120) с относительной полосой пропускания на средней частоте Ферритовые резонаторы изготовлены из монокристалла граната и имеют собственную добротность Уровень пульсаций 1 дб.

Рис. 120. Двухрезонаторный ферритовый фильтр-вентиль: 1 — входной прямоугольный волновод: 2 — ферритовые резонаторы; 3 — выходной прямоугольный волновод.

Порядок расчета.

1. При заданном уровне пульсаций элементы фильтра-прототипа с чебышевской характеристикой равны [143]

2. Требуемые коэффициенты связи резонаторов с входным и выходным прямоугольными волноводами равны рзсположвнии ферритовых резонаторов на входе

отрезка запредельного волновода такие коэффициенты связи могут быть реализованы, например, при использовании полностью заполненных диэлектриком с прямоугольных волноводов сечением и сферических ферритовых резонаторов диаметром

3. Требуемый коэффициент взаимной связи между резонаторами равен В квадратном отрезке запредельного волновода со стороной этот коэффициент связи получается при расстоянии между резонаторами