Файл: Негурей, А. В. Конструкции и техника СВЧ учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 38
Скачиваний: 0
волновода уменьшенных размеров, так как длина волны в волноводе и волновое сопротивление при этом резко изме няются с частотой.
Рис. 34. |
Конструкция коаксиального |
(а) |
и волноводного (б) |
|
|
. |
фильтров верхних |
частот. |
|
Пр и ме р |
4. |
Исходные данные: |
полоса пропускания — |
|
Он-1,0 ГГц; к.с.в. в полосе пропускания не более 1,4; зату хание на частотах от 1,4 до 5,0 ГГц не менее 30 дБ; волновое сопротивление подводящих линий 50 Ом.
Так как особых требований к габаритам фильтра не предъявляется, за основу конструкции выбираем коаксиаль ную линию с внутренним диаметром внешнего проводника
D —16 мм.
100
Рассчитаем |
затухание |
фильтра |
в |
полосе пропускания. |
||
Из формулы (31) |
и (32) |
затухание по мощности |
||||
0,2 |
= |
Т 2(й) |
1=7 |
1 - Т 2(Й) |
~ 1 + Г2 |
|
так как I’2 + |
1. Коэффициент отражения Г связан с к.с.в. |
|||||
известным соотношением |
|
|
|
|
||
|
|
к.с.в, —1 |
М 1 |
= |
0,167. |
|
|
|
к.с.в.--! 1 |
||||
|
|
1,4+ 1 |
|
|
||
Таким образом, a2 (Q) = 1 + 0,1672 = 1,028, и затухание фильтра равно ЛМин = 0,13 дБ. За основу расчета примем чебышевский
фильтр-прототип с |
пульсациями в |
полосе |
пропускания |
|
^4мин = 0,1 дБ, |
что обеспечит требуемый к.с.в. |
с некоторым |
||
запасом. Примем Д = |
1,0 ГГц, a fa = 1,4 ГГц. |
Qa, а также |
||
Определим |
нормированные частоты |
и |
||
число элементов фильтра-прототипа. По формулам перехода из табл. 3 2, = 1; Q „ = ^ - = 1’^ = 1 ,4 .
По формуле (36)
Берем п —7.
Вычисляем величины емкостей и индуктивностей фильтра,
для |
чего |
вначале |
находим |
значения |
параметров gk из |
табл. |
4 |
|
|
|
|
|
^1 = |
^7 = 0,797; |
£а = £0= |
1,392; |
g3 = g r, = 1,748; |
|
|
|
« Т = 1,633. |
|
|
101
Далее по формулам перехода из табл. 3 находим
с |
- |
Г — |
gi |
_ |
g i |
_ |
0.797 |
|
|
|
1 |
|
U i R H ~ |
2 i z f Z |
0 |
2-3,14- Ю9-50 |
|||
|
|
|
= |
2,54 ■10-12 Ф = |
2,54 пФ, |
|
|||
|
С, |
|
|
|
g з |
|
1,748 |
|
|
|
Сб |
2«/, Z0 |
6,28-109 -50 |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
= |
5,56-10-12 Ф = |
5,56 пФ, |
|
|||
L 2 = |
L s = |
|
giZq |
|
1,392-50 |
|
11,М О - 9 Г = |
11,1 нГ, |
|
|
|
|
2u/i |
|
6,28-109 |
|
|
|
|
|
_ |
§4,Zq |
|
1,633-50 |
|
13,0-10-9 Г = |
13,0 нГ. |
||
|
4 |
2ic/t |
2-3,14 -109 |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
Определим геометрические размеры емкостных звеньев фильтра. Пусть диаметр внутреннего проводника емкостных звеньев равен 12 мм, а между внутренним и внешним провод никами вставлена шайба из фторопласта (е=2,1). Тогда по формуле (50) длина емкостных звеньев без учета краевых емкостей
|
lg I I ' 2.54 |
|
1, = 17 = |
0,242-2,1 |
0,625 см, |
0 , 2 4 2 s |
|
|
|
lg|®-5,56 |
|
0,242 s |
0,242-2,1 |
= 1,37 см. |
|
Учитывая краевые емкости, возникающие в месте скачка раз меров линии, С/= 0,6 пФ, уточняем длины емкостных звеньев
С —С
W = // = /,...........f- = 0,48 см,
Ct— Cf
I / = 1й' = 1-л— — — = 1,22 см.
Расчет краевых емкостей может быть выполнен по данным справочника [16], стр. 201.
1 0 2
Определим геометрические размеры индуктивных звеньев. Задаваясь диаметром внутреннего проводника индуктивных звеньев d=0,4 мм, по формуле (50) получим
7 |
/ |
L ' |
1 1 - 1 |
1л>1 |
1 = 1 |
4 = |
4 |
= ----------------------- 7л |
— -------------------------= |
С М . |
|
|
|
4,60 l g ^ |
4,60 l g ^ |
|
|
/ |
— |
D_ |
13,0 |
= 1,77 см. |
|
16 |
|||||
|
|
4,60 lg -т- |
4,60 lg 0,4 |
|
|
Определим приближенно ширину полосы заграждения ФНЧ, воспользовавшись преобразованием Ричардса. Считая
среднюю |
длину |
звена |
фильтра |
4р.— 1,5 см. |
получим, |
что |
|||
основная |
полоса |
пропускания |
ФНЧ |
лежит |
в |
пределах |
|||
О < 0 |
2 * 4 р_ |
|
|
(где /„ = 5 |
ГГц — частота, |
на |
|||
|
|
|
|||||||
которой |
отрезок |
линии |
/ср |
становится |
четвертьволновым), |
||||
а полоса заграждения — в |
области 0 |
г. |
/ |
0,14тс. |
|||||
> |
^ = |
||||||||
В соответствии с преобразованием Ричардса можно считать,
что |
на |
шкале частотной |
переменной S полоса пропуска |
||||||
ния |
ФНЧ |
будет |
соответствовать 0 ^ |
|S |<; tg0,l я = 0,325, |
|||||
а полоса заграждения |
; S| + |
tg0,14ir =0,47. |
|||||||
Таким |
образом, |
первая |
паразитная полоса пропу |
||||||
скания |
фильтра |
лежит |
в |
интервале |
л — О,1я^0^я-|- |
||||
+ 0,1 я (|tg0| <С0.325), |
а |
полоса |
заграждения — в пределах |
||||||
О ,1 4 я ^ 0 ^ |
л — 0,14я(|lg 0 |
+0,47). Последнее соответствует |
|||||||
верхней |
частоте |
полосы |
заграждения |
/а2= ~ ~ '0,86я— |
|||||
= 8,6 ГГц, поэтому требование по необходимой полосе заграждения 1,4 = 5,0 ГГц выполняется.
Определим общую длину фильтра без учета присоедини тельных разъемов:
4 2 4 |
= г 24 + 2/3+ /4= |
= 2 -0 ,4 8 + 2 -1,2 2 |
+ 2 -1,51 + 1,77 = 9,96 см ® 100 мм. |
С учетом разъемов общая длина фильтра увеличивается при мерно до 160 мм. Общий вид фильтра показан на рис. 31.
103
Изложенные в данной главе методы расчета СВЧ фильт ров являются приближенными, но точность их вполне прием лема для конструктивного расчета значительного числа наи более часто встречающихся на практике СВЧ фильтров. Под ход к расчету СВЧ фильтров, основывающийся на свойствах: лестничного фильтра-прототипа нижних частот с сосредото ченными элементами, не является единственно возможным. Так, например, лучшие результаты, особенно при расчете широкополосных фильтров могут быть получены с использо ванием в качестве схемы-прототипа ступенчатого трансфор матора импедансов, что учитывает периодическую повторяе мость характеристик отрезков линии передачи на шкалечастот. Ряд СВЧ фильтров при расчете требует введения спе циальных аппроксимирующих функций, отличных от полино мов Чебышева или Баттерворта, это позволяет получить опти мальные конструкции фильтров, обеспечивающие при задан ных максимальном затухании в полосе пропускания и мини мально допустимом затухании в полосе заграждения быст рейший переход от полосы пропускания к полосе загражде ния с заданным числом элементов фильтра. Сведения о совре менном состоянии техники синтеза СВЧ фильтров с опти мальными характеристиками и описание многих конструкций, не рассмотренных в данной главе, можно найти, например, в [15], [17] и [22]. Необходимо заметить, что в настоящее время расчеты фильтров с оптимальными характеристиками, описываемыми специальными аппроксимирующими функ циями, еще не доведены до приемлемого для конструктора вида, а сами фильтры, как правило, конструктивно оказы ваются сложными и требуют очень точного изготовления эле ментов.
|
|
|
|
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. |
В о л г о й |
В. А. |
Детали |
и |
узлы |
радиоэлектронной |
аппаратуры. |
||||||||||
«Энергия», 1967. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Л и н д е Д. П. Основы расчета |
ламповых |
генераторов |
СВЧ. Гос- |
|||||||||||||
энергоиздат, 1958. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
О р л о в С. И. Расчет и конструирование |
коаксиальных |
резонато |
||||||||||||||
ров. «Советское радио», 1979. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4. |
П л о д у х ин |
Б. В. |
Коаксиальные |
диапазонные |
резонаторы. «Со |
||||||||||||
ветское радио», 1966. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
А р ш и н о в |
С. С., |
П е р с о н |
С. В., |
Э й л е н к р и н г |
А. И. Инже |
|||||||||||
нерный расчет контуров генераторов УКВ и КВ. «Советское |
радио», |
1951. |
|||||||||||||||
6. Л а п и с А А. Объемные |
резонаторы. ЛГУ, 1954. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
7. |
Г у р е в и ч |
Л. Г. Полые |
резонаторы и волноводы. «Советское |
ра |
|||||||||||||
дио», 1952. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
В л а с о в |
В. |
И., |
Б е р м а н |
Я. |
И. |
Проектирование |
высокочастот |
|||||||||
ных узлов радиолокационных станций. Судпромгиз, 1961. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
9 |
Ш т е й н ш л е й г е р |
В. Б. Явление |
взаимодействия |
волн |
в |
элект |
|||||||||||
ромагнитных резонаторах. Оборонгиз, 1955. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
( \/ 10. Б а й ч у р и н |
А. С. |
Расчет, конструирование, изготовление |
волно- |
||||||||||||||
йодных |
устройств и объемных резонаторов. Госэнергоиздат, |
1963. |
|
|
|||||||||||||
11. |
А н д р е е в с к и й |
М. Н. Конструкция |
генераторов |
дециметровых |
|||||||||||||
и метровых волн. МАИ, Оборонгиз, 1956. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
12. |
Г и н з т о н Э. Л. Измерения |
на |
сантиметровых |
волнах. ИЛ, |
1960. |
||||||||||||
13. |
С о б е н и н |
Я. А. |
Расчет |
полиномиальных фильтров. Связьиздат, |
|||||||||||||
1963. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14. Ф е л ь д ш т е й н |
А. |
Л., Я в и ч |
Л. |
Р. |
Синтез четырехполюсников |
||||||||||||
и восьмиполюсников на СВЧ. «Связь», 1971. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
15. |
М а т т е й |
Д. Л., |
Я н г Л., Д ж о н с |
Е. М. Фильтры |
СВЧ, |
согла |
|||||||||||
сующие цепи и цепи связи. «Связь», т. 1, 1971, т. 2, 1972. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
16. |
Ф е л ь д ш т е й н |
А. |
Л., |
Я в и ч |
Л. |
Р., |
С м и р н о в |
В. П. Спра |
|||||||||
вочник |
по элементам волноводной техники. «Советское |
радио», |
1967. |
||||||||||||||
17. |
В е н ц е л ь |
Р. Применение современной теории |
цепей |
к расчету |
|||||||||||||
фильтров СВЧ. «Зарубежная радиоэлектроника», |
1969. |
№ 8. |
с. |
105— 127. |
|||||||||||||
105