|
| |
|
Слаботочка Книги Низшую собственную частоту имеет колебание Яоц с одним максимумом Яг вдоль системы. Средней частоте соответствует колебание Яо12 с двумя максимумами Я (г), верхней частоте - колебание Яо1а с тремя максимумами Я (z). По аналогии с соосным расположением цилиндрических ДР в круглом экране на рис. 4.4 показано распределение Ну (г) магнитной составляющей полей трех расщепленных основных типов колебаний Яш. Яца и Яцз системы связанных трех прямоугольных ДР, расположенных в прямоугольном экране. Как и в предыдущем случае, большей собственной частоте соответствует тип колебаний с большим третьим индексом р, т. е. р = 3, а низшая частота у типа с меньшим индексом р = 1 (Ящ). Результаты анализа многорезонаторной колебательной системы показывают возможность проектирования фильтров СВЧ и КВЧ диапазонов с ДР, расположенными соосно или планарно в цилиндрическом экране с большей точностью и без привлечения традиционного метода, основанного на расчете низкочастотного прототипа. Глава 5. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ 1. МЕТОД РАСЧЕТА ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОЧАСТОТНОГО ПРОТОТИПА Метод расчета полосно-пропускающих фильтров с использованием низкочастотного прототипа в ряде случаев предпочтительнее, поскольку он более универсален. По этому методу можно рассчитывать ППФ, построенные на последовательном соединении различных резонаторов (в том числе и не диэлектрических), для которых определены зависимости резонансной частоты и добротности от его размеров и параметров. Однако точность его не высока и, как правило, после расчета требуется обязательная настройка фильтра. Для расчета ППФ необходимо знать следующие параметры: амплитудно-частотную характеристику, выраженную через центральную частоту /о; абсолютную полосу пропускания 2А/п или относительную Wu = 2AfJfo; минимальные потери Lmhh и неравномерность потерь ALn в полосе пропускания, а чаще максимально допустимые потери L в полосе пропускания, определяемые суммой ; минимальный уровень затухания Ьз на заданных частотах / з, /+з или при заданной отстройке от /о (абсолютной АД или относительной 0,5Ws = NJfo); коэффициент стоячих волн КСВ входа и выхода фильтра в полосе пропускания. Расчет конструкции ППФ на ДР с использованием фильтра-прототипа нижних частот состоит из двух этапов. На первом этапе по заданным требованиям к АЧХ определяют количество звеньев Л, их собственные добротности Qo, внешние добротности Qbh крайних звеньев и необходимые коэффициенты взаимных связей между соседними резонаторами ППФ Ки+\. На втором этапе рассчитывают размеры конструктивных элементов ППФ: ДР, втулок, экрана, элементов связи крайних ДР с входной и выходной линиями передачи. Для этого этапа исходными данными являются заданная /о и полученные на первом этапе Qo, Qbh, К.и+\- Этот этап базируется на решении ряда электродинамических задач, определяющих зависимость резонансных частот, собственных и внешних доб- L,d5   Рис. 6.1. Максимально плоская частотная характеристика затухания (а) и Чебышевская частотная характеристика затухания (б) ротностей ДР в экране и их взаимную связь от конструктивных размеров звеньев выбранной конструкции ППФ. Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов. Математически АЧХ фильтра описывается различными типами полиномов, определяющих коэффициент передачи фильтра на различных частотах. Тип полинома выбирают с учетом конкретных условий проектирования. Наиболее часто на практике используют максимально плоскую (МПЧХ) и Чебышевскую (ЧЧХ) частотные характеристики (рис. 5.1). МПЧХ описывается выражением !(/)= lOlg 1 -+-8 h f 2Д/п \ /о где е = antilg - 1; ALn - неравномерность затухания в полосе пропускания 2А/п, дБ. Чебышевская характеристика (рис. 5.1, б) затухания описывается выражением N arccos h I f /о \ 2А/п \ /о f L(/) = lOlg 1 -fe cos в полосе пропускания при (/о + А/) > / (/о - L(/) = lOlgjl +Bch2 \nuvch[-L - l вне полосы пропускания при (/о + А/п) / (/о - Nn)-112 Число резонаторов определяют из этих выражений как минимальное целое число N, при котором выполняется условие Для удобства пользования этими соотношениями определим число звеньев и представим его в виде графических зависимостей. Для максимально плоской частотной характеристики затухания 1пК(10°-з-1)/(10°п-1) где Z,3 - требуемое минимальное затухание на частотах /±3; ALn - неравномерность затухания из-за отражения от входа фильтра, по уровню которого определяют полосу пропускания. Зависимости значения коэффициента прямоугольности WJWn, рассчитываемого ПГ1Ф, от числа звеньев построены для различных значений ALn на рис. 5.2. На этих же рисунках даны зависимости L Wn от числа звеньев N для различных значений собственной добротности Qo диэлектрических резонаторов. Это семейство построено с использованием известного приближенного соотношения мннИп 4,343Л (Зо, учитывающего связь между уровнем минимальных тепловых потерь фильтра, его относительной полосой пропускания, числом резонаторов и их собственной добротностью. Аналогично для фильтров с Чебышевской характеристикой затухания число звеньев ДР можно определить по формуле У щР-з- 1 VКСВ {КСВ-\) (5.2) полученной с учетом соотношения AL =101gifii. (5.3) Зависимости WJW от для различных значений L, построенные по формуле (5.2) для различных величин пульсаций ALn в полосе пропускания, показаны на рис. 5.3. Для фильтров с эллиптической АЧХ аналогичные зависимости привед* ны на рис. 5.4. Следует учитывать, что общие потери фильтра в (.олое пропускания равны сумме L h + ALn- Порядок расчета по графикам рис. 5.2, 5.3 и 5.4 следующий. По заданным WJW, КСВ (или AL ) и L3 выбирают количество звеньев N. Затем по найденному и известной собственной добротности Qo ДР находят величину минимальных потерь L h в полосе пропускания фильтра, которая реализуется при заданных N, Qo и Wn- Если величина L h больше требуемой, то заданные характеристики фильтра с имеющейся Qo не реализуются. Необходимо поступиться либо коэффициентом прямоугольности Wa/W , либо 51/, 8-1606 ,13 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 |