Файл: Негурей, А. В. Конструкции и техника СВЧ учебное пособие.pdf

'раллельно связанными резонаторами и на встречных стерж­ нях не являются резонаторами, а служат трансформирую­ щими звеньями между резонаторами и подводящими линиями передачи, что очевидно из рис. 20 и 22. Указанное обстоя­ тельство позволяет выбирать волновое сопротивление по-

.лосковых резонаторов таким, чтобы получить наивысшую ненагруженную добротность, т. е. около 70 Ом.

По сравнению с другими типами ППФ на полосковых ли­ ниях фильтры на встречных стержнях и на гребенчатой ли­

ров равна одной четверти или одной восьмой длины волны, и исключительно просты конструктивно;

2 ) зазоры между соседними резонаторами достаточно ве-

.лики, чтобы допуски на изготовление были бы довольно сво­ бодными;

3 ) благодаря незначительной длине резонаторы могут из­ готавливаться в виде самоподдерживающихся конструкций, и отпадает необходимость в диэлектрических опорах, сни­ жающих добротность резонаторов; потери в полосе пропу­ скания обычно не превышают 1 дБ;

4) крутизна кривой затухания в переходной области ве­ лика, а первая паразитная полоса пропускания фильтров на

с параллельно связанными резонаторами при неточной на­ стройке имеют узкую паразитную полосу пропускания на ча­

стоте 2 /0; 5) фильтры могут изготовляться в виде печатных схем,

что снижает стоимость в условиях массового производства; 6 ) фильтры допускают механическую (с помощью торцо­ вых емкостей) или электрическую перестройку центральной

частоты с сохранением полосы пропускания.

Точная методика синтеза ППФ на встречных стержнях и на гребенчатой линии сопряжена с серьезными математиче­ скими трудностями, приближенный же расчет фильтров про­ изводится на основе характеристик фильтра-прототипа ниж­ них частот аналогично расчету других типов ППФ. Конечным результатом расчета являются конструктивные параметры фильтра — ширина полосковых резонаторов и расстояние между соседними резонаторами, а также величины торцовых емкостей для фильтра на гребенчатой линии (рис. 23). Длина резонаторов фильтра на встречных стержнях выбирается не-

79

Процедура подробного расчета фильтров на встречных; стержнях и на гребенчатой линии довольно трудоемка [15], [16], [2 0 ], но в настоящее время имеются графики, позволяю­ щие быстро найти основные конструктивные размеры по крайней мере некоторых ППФ на встречных стержнях [21]. Часть графиков из [2 1 ] для фильтров с максимально плоской характеристикой и фильтров с чебышевской характеристикой и уровнем пульсаций в полосе пропускания 0,1 дБ приведены на рис. 24. Обозначения на графиках соответствуют рис. 23,

заданным /ь /2, faь faъ определить число элементов фильтрапрототипа, равное числу внутренних стержней фильтра; край­ ние стержни являются трансформаторами сопротивления.

Максимальные потери фильтра на встречных стержнях в полосе пропускания могут быть вычислены по приближен­

женная ' добротность полосковых резонаторов. В диапазоне

Полосковые фильтры на встречных стержнях и гребенча­ той линии применяются в широком диапазоне частот от 2 0 0 —

300 МГц до 15—20 ГГц.

Одна из конструкций и экспериментальные характери­ стики шестирезонаторного фильтра на встречных стерж­ нях [20] показаны на рис. 25.

Пр и ме р 2. Рассчитать ППФ с чебышевской характери­ стикой на полосковой линии с воздушным заполнением по

следующим данным: /0 =1,5 ГГц, - 1- =0,065, затухание в ра-

ний Z0 = 50 Ом, фильтр не должен иметь паразитных полос, пропускания до частоты / = 2,5 /0.

6 Зак. 1531

83

С*

Рис. 25. Конструкция (а) и экспериментальные характеристики (б) ППФ на встречных стержнях (Яо=20 см).

84

Исходя из предъявленных требований выбираем ППФ на встречных стержнях, не имеющий паразитных полос пропу­ скания до частоты /=3 /о- За основу расчета принимаем

Принимаем в качестве фильтра-прототипа чебышевский фильтр с уровнем пульсаций в полосе пропускания ЛМин= = 0,1 дБ и находим нормированные частоты Qai и Qaz по формулам (44)

Находим требуемое число элементов фильтра-прототипа по формуле (36)

= 3,8,

arch 3,4

« 2 > 4 ,6

85

Из двух значений п выбираем большее и округляем до бли­ жайшего целого числа п = 5.

Из графиков рис. 24 для чебышесвского ППФ на встреч­

Затем по формуле (45) вычисляем потери фильтра, полагая ненагруженную добротность резонаторов Qo=1500,

86

Конструкция фильтра аналогична рис. 25, а, но число резо­ наторов на один меньше, и, следовательно, входной и выход­ ной разъемы фильтра находятся на разных опорных платах.

§5. Полосно-заграждакнцие фильтры

Внекоторых случаях в полезной передаваемой полосе частот могут присутствовать один или несколько мешающих сигналов, передача которых нежелательна. Подавление таких сигналов (спектр которых обычно занимает весьма узкую область) лучше всего осуществлять с помощью полосно-за- граждающих фильтров. Аналогично другим типам СВЧ фильтров, полосно-заграждающие фильтры могут быть рас­ считаны из схемы фильтра-прототипа нижних частот путем соответствующей трансформации частотного масштаба. При этом частоте заграждения ПЗФ о>о должна соответствовать

схема ПЗФ из сосредоточенных элементов должна содержать, последовательные колебательные контуры, настроенные на частоту шо, в параллельных ветвях и параллельные резонанс­ ные контуры — в последовательных ветвях (рис. 15, d). В этом случае легко можно получить требуемый закон преоб­ разования частотного масштаба. В самом деле, сопротивле­ ние последовательной ветви (или проводимость параллельной

оне шо. Так как частотные характеристики одинаковых звеньев фильтра-прототипа и ПЗФ должны совпадать, то, например, для параллельной ветви имеем

*7