чиков и рассчитывается на высокие уровни мощности. Выполняя все функции квадратного и щелевого коаксиального моста, он вы годно отличается от них простотой конструкции и широкополос- ностью.
К о а к с и а л ь н ы й о т в е т в и т е л ь (рис. 15.22) представляет собой отрезок экранированной линии с двумя внутренними провод никами. Коэффициент связи такого ответвителя
На рис. 15.22а показано его использование для измерения сог ласования и мощности в коаксиальных трактах; ответвленная мощ ность свч поглощается детектором. В этой схеме длина ответви теля мала (/<СХ/4). Поэтому ответвляется незначительная доля волны, которая, согласно ф-ле (15.29), пропорциональна частоте:
Коаксиальные ответвители применяются также в телевизион ных распределительных сетях. При этом их нагрузкой являются
21
Рис. 15.22
коаксиальные кабели, идущие к телевизионным приемникам. Дли на / увеличивается вплоть до Х/4, чем достигается относительная
равномерность частотной |
характеристики |
ответвителя. |
Н а д в у х п р о в о д н |
ы х |
л и н и я х |
ответвителем является |
участок параллельной линии той же конструкции. Такие ответви тели служат для измерений прямой и отраженной волн в двухпро
водных фидерах |
передающих радиостанций. Характеристические |
сопротивления |
и Zc рассчитываются по ф-лам (10.34). |
На двухпроводных воздушных линиях связи ответвление сиг нала в соседние пары проводов является вредным, создающим пе реходную помеху между цепями. Коэффициент связи К между це пями мал, так как расстояние между ними сравнительно велико, однако длины линий велики. Дл я нейтрализации этой связи цепи скрещивают, т. е. меняют местами провода в каждой двухпровод-; ной линии через определенные промежутки, равные, например, Ятги/16. Тогда ответвленные на соседних участках сигналы оказы ваются в противофазе и переходная помеха устраняется.
О т в е т в и т е л ь |
Б е т е (рис. 15.23) используется в |
волновод |
ных трактах. |
Круглое |
отверстие |
находится посредине |
широких |
стенок прямоугольных |
волноводов |
в максимуме поперечных со |
ставляющих |
полей |
Е и |
Н. Поэтому |
через отверстие осуществляет- |
ся одновременно электрическая и магнитная связь. Если волна по ступает в плечо /, то в соответствии с ф-лой (13.22) фазы вторич ных волн, создаваемых за счет электрической и магнитной связи
|
|
|
|
|
|
|
|
|
через отверстие, совпадают в направлении |
плеча 4 и противополож |
ны для плеча 3. Поэтому |
при равен |
|
стве амплитуд этих волн узел ста |
|
новится |
идеальным |
направленным |
|
ответвителем. |
|
|
|
|
|
|
|
По ф-ле (13.20) магнитная поля |
|
ризуемость |
круглого |
отверстия |
|
VM=d3/6 |
преобладает |
над |
электри |
|
ческой |
Vp = d3/12. |
Амплитуды |
вто |
|
ричных волн зависят от интенсивно- |
|
стей полей в волноводе у |
отверстия. Рис. |
15.23 |
На оси |
волновода |
(х = а/2) |
Я 2 |
= 0. |
|
Поперечные составляющие полей одинаковы для обоих волноводов и, согласно (9.24),
Е*у = -Ц(арЛ)Ня0; |
Я_ = і (р7_) Яо." - |
(15.30) |
Оси волноводов ответвителя |
расположены |
под углом |
в, что |
уменьшает магнитную связь между волноводами |
пропорционально |
cos 8, так как направления векторов Н х в этом |
случае не |
совпа |
дают. Подставив ф-лы (15.30) в (13.22), получим следующие со
отношения для элементов матрицы вида |
|
(15.5) |
ответвителя Бете |
(без учета толщины |
стенок): |
|
|
|
|
|
|
|
баб U |
1=Г7Г — COS 0 |
Л= |
|
і баб |
— |
+ |
COS9 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
(15.31) |
Волна из плеча / ответвляется |
преимущественно |
в плечо 4. Ус |
ловием идеальной направленности |
(Г=Д |
|
= 0) является |
равенство |
|
1 |
- |
_ |
1 |
— |
, |
|
(15.32) |
cos 9 = - І А _ ч 2 |
|
|
|
|
|
|
2 [ i - ( W / ) 2 l |
' |
|
|
которое удовлетворяется только на одной частоте. Если /<1,4/кр, это условие неосуществимо. При f=l,4/ K p 9 = 0, а при больших частотах идеальную направленность можно получить, увеличивая угол 9. Обычные конструкции ответвителя Бете имеют направлен ность не ниже 20 дБ в 20-процентной полосе частот и переходное ослабление 20 дБ или более (так как отверстие не может быть большим).
15.3. Направленные фильтры
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ СВЧ ФИЛЬТР
Устройство, ответвляющее в определенном направлении сигнал в заданной полосе частот, называется направленным фильтром. Оно объединяет функции направленного ответвителя и фильтра н ис-
пользуется в многоканальных системах (например, в радиорелей ных линиях) для разделения общего сигнала по отдельным частот ным стволам.
Конструкция направленного фильтра с противонаправленными ответвителями на полосковых линиях показана на рис. 15.24 (изоб-
н |
Пв-к\ |
Н |
Пр-к\ |
- 5 Z Z Н |
|
f3 |
|
|
|
|
I •
Основной тракт
Ржс 15.24
ражены только центральные проводники). Пусть в основной тракт подаются сигналы в трех частотных стволах со средними часто
|
тами /і, / 2 и f3. |
Этот тракт |
через |
направленные |
ответвители |
(обоз |
|
fr |
наченные |
перекрещивающимися |
стрелками) |
|
связан |
с кольцевыми резонаторами, |
настроен |
|
СТ |
ными |
на |
соответствующие |
частоты. |
Каждый |
|
|
из резонаторов через второй направленный от |
|
|
ветвитель передает сигнал в свою ветвь, в ко |
|
|
торую включен приемник на нужную частот |
|
|
ную полосу. |
При |
отсутствии |
идеальной |
нап |
|
|
равленности какая-то часть сигнала ответвля |
|
|
ется в обратном направлении и поглощается |
|
|
согласованной нагрузкой Я. Вне полосы про |
|
|
пускания данного кольцевого резонатора энер |
|
|
гия передается по основному тракту. Таким |
|
і Ч У |
образом, |
во |
всем |
частотном диапазоне источ |
|
ник сигналов работает на согласованную на |
|
|
|
|
грузку. Фильтр с |
оптимальной |
характеристи |
|
|
кой состоит |
из |
нескольких |
последовательно |
|
Рис 15.25 |
включенных |
кольцевых |
резонаторов |
(рис. |
|
|
1 5 . 2 5 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотная характеристика фильтра на кольцевых резонаторах, как и ранее рассмотренных, определяется нагруженными доброт ностями QH резонаторов. Соотношение (11.49) связывает QH с внеш ними добротностями QBX И QBUX, которые рассчитываются по
ф-ле ( 1 4 . 7 7 ) : |
|
|
|
|
Q |
l^-f, |
(VK=\ |
для ТЕМ=волн) |
(15.33) |
<ва (вх, вых) |
Внешняя добротность Q B H пропорциональна числу длин волн q, укладывающихся на длине кольца /ср = ^Л0 ; Su и Siz — элементы матрицы рассеяния устройства связи, в данном случае направлен-
ного ответвителя. В проходном волноводном фильтре (параграф 14.8) эту роль играла диафрагма. Значение q выбирается обычно
равным 1 или 2 по следующим |
соображениям. Собственная часто |
та резонатора |
согласно (11.22) |
f{04) =qvtJl. |
Соседние резонансные |
частоты ! / ^ ± " |
не должны попадать в полосу |
частот общего сигна |
ла (/ь §2, h—)- Это легче обеспечить |
при |
малых q, так как |
#+ 1 ) //<<> = (<7+1)А7. |
|
|
|
Направленные фильтры выпускаются также в волноводном ис полнении. В этих фильтрах принцип ответвления и конструкция резонаторов должны быть иными, так как непосредственное вопло щение схем рис. 15.24—15.25 на волноводах слишком громоздко.
|
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ФИЛЬТР УВЧ |
|
На телевизионных |
станциях |
направленные фильтры |
служат для |
подачи |
в антенну |
мощности |
от передатчиков изображения (ft) н |
звука |
(>f2) или от двух передатчиков УКВ ЧМ радиовещания, ра |
ботающих в разных каналах |
(/і и f 2 ) . Мостовые схемы для сложе |
ния в |
одной антенне сигналов с разными частотами |
непригодны. |
В этом случае они передают половину мощности передатчиков в поглощающую нагрузку.
Направленный фильтр строится на базе трехшлейфного нап равленного ответвителя с полной связью (рис. 15.15), у которого все плечи и секции имеют одинаковые характеристические прово димости УсЛегко показать, что такой ответвитель 'согласован, представив его в виде последовательного соединения двух несим
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
метричных |
квадратных |
|
|
|
U |
мостов |
1456 |
и |
5623, в |
|
|
/ ч / ч |
которых |
характеристи- |
|
і 1' |
//ж> |
> 2 |
ческая |
|
проводимость |
|
|
|
|
секций |
5—6 |
и |
|
плеч 5 |
|
|
|
|
и 6 |
равна |
YJ2, |
|
а |
все |
|
|
|
|
остальные |
|
проводимо |
|
|
|
|
сти равны Ус. Заметим, |
|
|
|
|
что равенство Ус всех |
|
|
|
|
секций |
|
ответвителя |
|
|
|
|
удобно |
для |
конструк |
|
|
|
|
тивного |
|
выполнения |
|
|
|
|
фильтра, но |
не |
приво |
|
|
|
|
дит к оптимальной |
час |
|
|
|
|
тотной |
характеристике. |
|
|
|
|
В |
узловые |
точки 5 |
|
|
|
|
и 6 |
рассматриваемого |
|
|
|
|
фильтра |
включены |
па |
|
|
|
|
раллельно |
|
коаксиаль |
Рис. |
15.26 |
|
|
ные |
резонаторы |
(рис. |
|
|
|
|
|
|
15.26). |
Целесообразно |
|
|
|
|
