ФИЛЬТРЫ С ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫМИ СВЯЗЯМИ И СООСНЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ

Волноводные фильтры. Фильтры с цепочкой резонаторов, соосных с основным трактом (расположенных друг за другом), выполняются на прямоугольном волноводе и полосковой линии. Прямоугольному волноводу с основной волной типа соответствует проходной волноводный резонатор с основным колебанием либо колебанием (см. параграф 11.4). Собственная добротность резонатора очень велика; нагруженные добротности резонаторов широкополосных фильтров должны быть сравнительно малы. Это обеспечивается высокой связью между резонатором и трактом.

Если резонатор со слабой связью образуется из волновода поперечными проводящими стенками с небольшими отверстиями связи, то резонатор с сильной связью создается при ограничении участка волновода двумя реактивными диафрагмами со сравнительно небольшой нормированной проводимостью. Наилучшие результаты дают стержневые диафрагмы (см. параграф 13.5), у которых реактивное поле имеет малую протяженность, что исключает паразитные связи между диафрагмами.

Рис. 14.31

Расчет величины связи резонатора с трактом через диафрагму требует особого рассмотрения, так как в гл. 11 такой случай не изучался. Проводимость или шунтирующее сопротивление диафрагмы определялись для случая, когда она помещена в согласованный на конце волноводный тракт.

В резонаторе положение существенно иное: волны многократно отражаются от его концов и суммарное отражение падающей на резонатор волны определяется полем его стоячей волны, суммой бегущих в обоих направлениях волн. Начнем с рассмотрения одиночной диафрагмы в волноводном тракте.

Матрица рассеяния индуктивной диафрагмы. Реактивное сопротивление диафрагмы Согласно (14.16), ее матрица в плоскости (рис. 14.31):

Коэффициенты отражения в этом сечении комплексны, что неудобно для дальнейших выкладок. Сместив плоскости отсчета в первом и втором плечах на одинаковое расстояние легко получить чисто вещественные коэффициенты отражения; в этих сечениях эквивалентная нагрузка чисто активна. На рис. 14.31 показаны направления положительного смещения на расстояние

плоскости отсчета оказываются позади плоскости диафрагмы Согласно новая матрица

имеет вещественные коэффициенты отражения в том случае, если коэффициент перед ней вещественен. Фазу знаменателя приравняем фазе числителя и получим необходимый сдвиг

Смещение тем меньше, чем меньше шунтирующее сопротивление диафрагмы. После сокращения равных фазовых множителей матрица рассеяния диафрагмы в плоскостях и 2 приобретает вид:

Модуль знаменателя остался неизменным. При коэффициенты отражения в плоскостях отсчета близки к —1, т. е. эти плоскости эквивалентны короткому замыканию.

Резонатор с одной диафрагмой (рис. 14.32). Прежде всего, уточним длину этого резонатора. Резонансу соотвётствует расстояние между плоскостями короткого замыкания, кратное полуволне. В данном случае указанное условие должно учитывать смещение плоскости отсчета:

Энергетический режим резонатора определяется из рассмотрения одного цикла движения волны. Пусть на диафрагму со стороны резонатора падает волна мощностью .

Рис. 14.32.

Рис. 14.33

Мощность уходящей в волновод волны Мощность бегущей волны, отраженной в резонатор, Мощность потерь в

резонаторе с помощью ф-лы (11.29) можно выразить через мощность бегущей, а затем через мощность падающей волны:

После отражения волны от задней стенки резонатора цикл повторяется. Нормированное входное сопротивление такого резонатора, согласно ф-ле (11.42) с учетом (14.75), выражается соотношением:

Проходной волноводный резонатор (рис. 14.33), образованный двумя шунтирующими диафрагмами с сопротивлениями имеет эквивалентную длину где определяются по ф-ле (14.74). Нормированные сопротивления резонатора со стороны входа и выхода рассчитываются по Нагруженная добротность в соответствии с ф-лой (11.49)

Если и диафрагмы одинаковы, то Нагруженная добротность резонатора зависит от величины шунтирующего сопротивления диафрагм и числа полуволн на длине резонатора; обычно выбирают

Собственная добротность резонатора, ограниченного диафрагмами, значительно меньше, чем добротность аналогичного резонатора со сплошными замыкающими стенками. Поэтому часто приходится учитывать Существенные потери возникают в стержнях диафрагм, так как плотность тока в них велика. При неизменном сопротивлении потери в диафрагме возрастают с увеличением числа стержней, так как их диаметр приходится уменьшать. Обычно число стержней в диафрагме не превышает трех.

Итак, с помощью ф-лы (14.78) по заданной внешней добротности определяется проводимость диафрагм волноводного резонатора, а затем по графикам вида рис. 13.14 — их конструктивные размеры.

Волноводный фильтр с четвертьволновыми связями (рис. 14.34) представляет собой отрезок волновода, в котором с помощью индуктивных диафрагм выделены полуволновые резонаторы. Диафрагмы на концах каждого резонатора выбраны одинаковыми. Между резонаторами оставлены четвертьволновые промежутки. За счет смещения плоскостей отсчета все

Рис. 14.34

вышеуказанные расстояния несколько сокращены. Такой фильтр соответствует схеме, изображенной на рис. 14.28 и эквивалентен коаксиальному фильтру рис. 14.30. Основное преимущество фильтра с четвертьволновыми связями заключается в том, что резонаторы легко испытать и настроить отдельно друг от друга, предусмотрев разъемы в середине отрезков.