|
| |
|
Слаботочка Книги металлизированными контактами включен нелинейный элемент (варактор) 5. Согласно теореме Остроградского - Гаусса величина заряда, вызывающая ток проводимости на контактах, зависит от напряженности электрического поля Е и эффективной поверхности 5э-кон-тактов. Соединяя контактные площадки между собой (перепаивая), можно изменять 5э - площадь, через которую замыкаются электрические силовые линии (рис. 2.27, г), т. е. можно изменять ток проводимости через контакты и тем самым изменять коэффициент включения нелинейного элемента в резонатор. Исследования ДР в 10-сантиметровом диапазоне с включением в него варактора ЗА-618А6 показали, что максимальный диапазон частотной перестройки составляет 20...25 %. Однако собственная добротность перестраиваемого ДР уменьшается с 1500 при нулевом управляющем напряжении, подаваемом на диод, до 200 при напряжении, равном 30 В. Основным достоинством этого способа является высокая скорость перестройки ДР по частоте. 6-й способ перестройки ДР основан на изменении магнитной проницаемости составного резонатора, имеющего ферритовый вкладыш (или слой), под действием внешнего магнитного поля. Широкого распространения он не получил из-за громоздких размеров подмаг-ничивающей системы (как у фильтров на ферритовых резонаторах). Глава 3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРОВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ 1. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ФИЛЬТРОВ ДР являются основой различных видов полосно-пропускающих фильтров (ППФ), полосно-заграждающих фильтров (ПЗФ), частотно-разделительных устройств (ЧРУ), фильтров гармоник. В основе построения ППФ лежит частотно-избирательная электромагнитная связь между двумя линиями передачи (ЛП): входной и выходной, которая создается цепочкой последовательно связанных ДР. При этом необходимо обеспечить достаточно большую развязку (слабую связь) между этими ЛП в диапазоне частот вне полосы пропускания. Следовательно, полосно-пропускающие фильтры на ДР представляют собой ряд ДР, расположенных между входным и выходным элементами связи ДР с входной и выходной ЛП [47; 48]. Развязка между входной и выходной ЛП обеспечивается обычно либо отрезком волновода, запредельного в рабочем диапазоне частот, в котором размещены ДР, либо металлическими перегородками с отверстием, расположенным между резонаторами, либо выбором формы и ориентацией элементов связи. Возбуждение крайних ДР фильтра осуществляют непосредственно полем волновода при волноводном входе или полем прою- лочиого или полоскового элемента, являющегося продолжением проводника коаксиальной, полосковой или микрополосковой линии. Наибольшее применение в фильтрах получили ДР в форме диска (цилиндра) с основным Нои типом колебаний. При выборе размеров таких ДР следует учитывать два противоречивых обстоятельства. С одной стороны, уменьшение отношения Ь/2а увеличивает разность между основным и следующими за ним типами колебаний. С другой стороны, оно приводит к увеличению внешнего поля ДР, потерь на излучение и, следовательно, большему влиянию окружающих элементов на характеристики резонатора, что не желательно. Оптимальные отношения выбирают из условия (см. гл. 2) 0,5>L/2a>0,15, (3.1) что соответствует частотам ДР 270 ГГц мм > /о Vn. 140 ГГц х X мм. Иногда применяют стержневые ДР с основным с он типом колебаний, удовлетворяющие условиям: 100 ГГц мм>/оа1/8> 30 ГГц мм; 10>L/2a>2. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра определяется связями между ДР и крайних ДР с входной и выходной линиями передачи. Связь между ДР регулируется изменением расстояний между ДР, размеров отверстий в перегородках или размеров запредельного волновода. Кроме того, она зависит от соотношения размеров и 8д резонаторов. Связь крайних ДР с линиями передачи определяется ориентацией ДР относительно элементов связи, размерами этих элементов и их расстояниями до резонаторов. Все эти связи в основном и определяют ширину полосы пропускания фильтра. Существующие в настоящее время способы возбуждения ДР не позволяют получить внешнюю добротность менее 10...20, что соответствует максимальной относительной полосе пропускания фильтра не более 5...8 %. Расширению полосы пропускания фильтров на ДР препятствует также и то, что более высокие типы колебаний у ДР с основным Нои типом колебаний располагаются близко по частоте от основной частоты /о (около (1,3-1,5) /о)- Они оказывают нежелательное воздействие на амплитудно-частотную характеристику фильтра, уменьшая ее крутизну и создавая паразитные полосы пропускания. Более широкие полосы пропускания имеют ППФ со стержневым ДР на основном ои пе колебаний. У этих ДР частота второго типа колебаний может быть в два и более раза выше основной частоты. Кроме того, ДР этого вида имеют большее внешнее поле, чем дисковые, что позволяет получить меньшую внешнюю добротность, т. е. реализовать более широкополосные фильтры. Однако стержневые ДР имеют несколько меньшую собственную добротность и сильнее подвержены влиянию окружающих элементов, что и сдерживает их использование в фильтрах. Наибольшее распространение получили ППФ, в которых ДР размещаются в отрезке волновода, запредельного для рабочей об- ласти частот фильтра. ДР своим внешним полем электромагнитно связаны между собой на резонансной частоте, а крайние резонаторы, кроме того,- с регулярными линиями передачи, в которых распространяется поле основной волны. Конструкции фильтров на миниатюрных ДР, различающиеся ориентацией резонаторов друг относительно друга, показаны на рис. 3.1. Это конструкции с планарным расположением ДР, в которых последние размещены в виде последовательной цепочки на  Рис. 3.1. Расположение ДР в конструкции ППФ: а - планарное; б - соосное плоскости перпендикулярной цилиндрической оси дисковых ДР или наименьшей стороне призматических ДР и конструкций с аксиальным расположением ДР. Основным преимуществом фильтров с планарным расположением резонаторов является удобство сопряжения их с устройствами СВЧ на микрополосковых линиях. Фильтры с аксиальным расположением ДР в соосном цилиндрическом экране имеют меньший габаритный индекс потерь, менее трудоемки при изготовлении и настройке. Выполнение фильтров из отдельных цилиндрических секций (по числу ДР) позволяет унифицировать их конструкции: фильтр с любым количеством звеньев набирают из секций четырех типов, изготовляемых на токарном станке. Рассчитать такие фильтры можно с большей точностью и меньшей трудоемкостью. ППФ с соосным расположением ДР (торцевая связь между резонаторами) имеют большие коэффициенты связи, поэтому можно создавать более широкополосные ППФ. Наименьшие потери в таких фильтрах объясняются тем, что при таком расположении ДР тепловые потери в металлическом экране за счет токов проводимости, наведенных внешними полями резонаторов, минимальны. Это обусловлено тем, что ДР с полем Нп наводят в экране токи &-1506 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |