Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра сверхвысокихчастот и квантовой радиотехники (СВЧиКР)
Пояснительная записка кдипломному проекту
Коммутационно-фильтровоеустройство радиолокатора непрерывного излучения с частотной манипуляцией имодуляцией
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Волноводныефильтры
2 Волноводно-микрополосковыйпереход
3 Критерийкачества полосно-пропускающих фильтров
/>/>ВВЕДЕНИЕ
Использование диапазонов сантиметровых волн для созданиясистем связи, локации, навигации, проведение сложных научных экспериментовпозволяет получать результаты, недостижимые в других частотных диапазонах.
За последниегоды резко возросли уровень и объем требований, предъявляемых к частотнымхарактеристикам устройств, в которых используется диапазон сверхвысоких частот(радиорелейные линии, радиолокаторы, радиотелескопы и др.). Соответственноросту требований усложнился тракт, направляющий энергию от генератора СВЧколебаний к нагрузке; в настоящее время направляющая система, помимо собственнофидера (волновода, коаксиальной линии и т.п.), включает большое число различныхфидерных устройств: фильтрующих, согласующих, ответвляющих, суммирующих и др.
Фильтры –основной элемент многих радиотехнических устройств. Они используются дляразделения или сложения сигналов разных частот в многоканальных системах связиили в узлах радиотехнических устройств. Спектр электромагнитных колебанийограничен, и его отдельные участки необходимо отделить один от другого; фильтрыиспользуются для того, чтобы излучения радиопередатчиков были ограниченызаданными пределами спектра; и наоборот, другие фильтры используются для защитыприемников от помех, расположенных вне их рабочей полосы частот.
Частотныехарактеристики фильтров должны удовлетворять жестким требованиям;соответствующий этим требованиям расчет систем называют синтезом.
Прирешении задач синтеза СВЧ устройств использование прямых электродинамическихметодов чрезвычайно затруднительно. Поэтому на практике используетсяприближенный компромиссный метод, дающий достаточно хорошие результаты.
Компромиссныйметод состоит в том, что исходные позиции ограничиваются определенным кругомизученных простейших фидерных элементов, например, отрезков линий, диафрагм,штырей и др., обладающих некоторыми известными конструктивными и электрическимипараметрами. Параметры этих элементов определяются методами электродинамики.Сложное соединение таких элементов рассчитывается с помощью матричного аппарататеории цепей в предположении, что матрицы, описывающие эти элементы, остаютсянеизменными при любом сложном соединении элементов. При этом предполагается,что зона возмущенного поля вблизи неоднородности в фидере локализована внепосредственной близости от элемента, а взаимодействие элементовосуществляется лишь на основном типе волны.
ЦепьСВЧ с заданной частотной характеристикой строится из заранее выбранных звеньев.Особым типом звена является отрезок однородного фидера. Каскадное соединениетаких отрезков с различными волновыми сопротивлениями широко применяется присинтезе.
Всложном процессе совершенствования радиотехнических систем СВЧ диапазона широкоиспользуются новейшие достижения в области электроники СВЧ, современнойэлементной базы и материаловедения в сочетании с комплексным подходом кпроектированию и оптимизации параметров систем и устройств. Хотя за последниегоды предложено большое число конкретных вариантов СВЧ фильтров, тем не менееинтенсивный поиск новых типов фильтров продолжается и в настоящее время. Данноеобстоятельство отражает два принципиальных момента:
1.Исключительно разнообразие требований, предъявляемых к фильтрам (вносимоезатухание, избирательность, побочные полосы пропускания, допустимый уровень СВЧмощности, габаритные размеры, устойчивость при изменении внешних механико –климатических условий и т. д.), что порождает соответствующее разнообразиеконструкций.
2.Объективные трудности проектирования универсального фильтра, обеспечивающего “абсолютное ” решение проблемы.
Вэтой ситуации задачу проектирования оптимального СВЧ фильтра целесообразнорассматривать как реализацию компромисса между отдельными, частопротиворечивыми требованиями в пространстве соответствующих показателейкачества [ ]. Особенно остро здесь стоит проблема создания узкополосных фильтров,обладающих минимальными потерями и габаритными размерами, высоким уровнемподавления паразитных полос пропускания при повышенной избирательности.Немаловажную роль играют также вопросы улучшения технологичности конструкцийфильтров, высокой устойчивости и воспроизводимости их электрическиххарактеристик, простота настройки. Необходимость формирования заданныхчастотных характеристик фильтров, при жестких ограничениях на габаритныеразмеры и массу существенно осложняют задачи разработки и проектирования их какв теоретическом, так и экспериментальных аспектах. Учитывая общую тенденциюминиатюризации радиотехнических СВЧ систем, увеличение концентрации энергииэлектромагнитного поля и непрерывное повышение требований в частиэлектромагнитной совместимости (ЭМС), комплексное решение задач проектированияи практической реализации оптимальных СВЧ фильтров, а также обобщениенакопленного опыта их проектирования представляется весьма актуальными.
1 Волноводныефильтры
Фильтрыдиапазона СВЧ обычно представляют собой каскадное соединение объемныхрезонаторов. Получили распространение два способа включения резонаторов вцепочку: непосредственное (фильтры с непосредственными связями – рис.1), спомощью отрезков линии (фильтры с четвертьволновыми связями – рис.2).
/>
Рисунок 1. Схематическое изображение фильтра снепосредственными связями между резонаторами
Кпреимуществам фильтров с четвертьволновыми связями относится удобство ихнастройки, которая может осуществляться поэлементно.
Кнедостаткам – большие габариты, а также ограничения по полосе частот (не более10-15%), в которой сохраняется приемлемая точность расчета.
Методрасчета включает в себя два этапа: сначала рассчитывается некоторая, принятая вкачестве прототипа, схема из LC элементов, далее этой схеме ставится всоответствие фильтр СВЧ и определяются параметры всех его объемных резонаторов.Прототипом принят полосно-пропускающий фильтр, изображенный на рис.3; задачейего расчета является определение нагруженных добротностей Q контуров по заданнойчастотной характеристике рабочего затухания (собственная добротность контуровпредполагается при этом бесконечной).
/>
Рисунок 2. Схематическое изображение фильтра счетвертьволновыми связями
Послерасчета прототипа переход к фильтру СВЧ облегчается изменением прототипнойсхемы и приведением ее к виду, изображенному на рис.4.
/>
Рисунок 3. Схема прототипа
/>
Рисунок 4. Видоизмененная схема прототипа
Эквивалентностьсхем, изображенных на рис.3 и 4, сохраняется в полосе до 20%; причинойограничений является частотная чувствительность четвертьволновых отрезковлинии.
/>
Рисунок 5. Частотная характеристика прототипа
Нижедана последовательность операций синтеза прототипа. Прежде всего необходимозадать шесть величин, характеризующих требуемые электрические свойствафильтра(рис.5):
граничныечастоты полосы пропускания fп и f-п;
граничныечастоты заграждения fз и f-з;
максимальноезатухание в полосе пропускания bп (или допуск на рассогласование |Г|мах);
минимальноезатухание в полосе заграждения bз.
Первыйэтап синтеза состоит в выборе конкретной формы функции рабочего затухания.Наиболее распространены два вида этой зависимости:
чебышевская
/>
имаксимально плоская
/>.
ГдеTn – полином Чебышева 1-города n-гопорядка;
n– число звеньев фильтра;
/>/> - частотная переменная;
h– амплитудный множитель;
/>;
/>;
S– масштабный множитель;
/> при />;
/>;
/> - добротность(по уровню 3 дБ) фильтра с максимально плоской характеристикой.
Длячебышевского фильтра:
/>;
идля фильтра с максимально-плоской характеристикой:
/>.
Приэтом
/>;
/>;
гдеbп и bз даны в дБ
и
/>.
Второйэтап синтеза заключается в определении коэффициента передачи Т11 позаданному в виде функции /> квадрату его модуля. Для этой целинеобходимо найти корни уравнения
/>
ипредставить функцию рабочего затухания в виде произведения двух комплексно-сопряженныхмножителей:
/>.
Гдеh1,h2,…, hn – корни, расположенные вверхней полуплоскости комплексной переменной h;
h*1,h*2,…, h*n – сопряженные корни.
Вкачестве Т11 выбираем тот из сомножителей в (), корни которого лежатв верхней полуплоскости, т.е. соответствуют устойчивому полиному.
Третийэтап синтеза состоит в определении сопротивления холостого хода Zxx фильтра по найденномузначению Т11. Если в заданной функции рабочего затухания />/> полином /> - нечетный, то фильтрбудет симметричным; его сопротивление холостого хода следует определять по формуле:
/>.
Еслиже /> -четный полином, то соответствующий фильтр антиметричный и сопротивлениехолостого хода вычисляется по формуле:
/>.
Впоследнем случае в схеме может понадобиться идеальный трансформатор,обеспечивающий />; это характерно для чебышевскихфильтров с четным числом звеньев.
Четвертыйэтап синтеза заключающийся в определении числовых значений ветвей лестничнойсхемы. С этой целью найденное значение сопротивления холостого хода Zxx разлагается в цепнуюдробь:
/>;
икоэффициенты к1, к2,…, кnотождествляются сэлементами лестничной схемы. Если синтезируется полосно-пропускающий фильтр, то/> и к1,к2,…, кnсоответствуютдобротностям параллельных и последовательных контуров в ветвях лестничнойсхемы.
Приведенныйвыше метод в первоначальном своем виде неудобен при расчетах вследствиегромоздкости и значительной вероятности ошибок.
Известныдва способа преодоления этих трудностей. В первом способе выявляются общиезакономерности в распределении добротностей контуров лестничной схемы; этизакономерности исследуются при разложении Zxx в цепную дробь и затем(по индукции) обобщаются. Наиболее простой закон распределения добротностей вфильтре с максимально плоской характеристикой:
/>,
гдеQm – требуемая добротность m-го звена;
Qф – заданная добротность всего фильтра;
n– число звеньев фильра.
Второйспособ преодоления расчетных трудностей заключается в полной каталогизации всехтрудоемких процессов расчета.
Приведемпример расчета полосно-пропускающего фильтра (ППФ) по следующим произвольнозаданным характеристикам:
/> ГГц;
/> ГГц;
/> ГГц;
/>;
/> дБ;
типхарактеристики – чебышевский.
1.Определимчисло звеньев фильтра:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
Выбираем/>.
Определяемнормированную добротность каждого звена фильтра пользуясь табулированнымизначениями приведенными в [ ]:
/>;
/>;
3.Находим абсолютные значения добротностей:
/>;
/>
4.Вычислим начальные добротности:
/>.
Аналогичновычисляем
/>
стой лишь разницей, что контуры расположенные не на краях цепочки, а внутриимеют приращение /> вместо />.
5.По графикам приведенным в [1,2] находим соответствующие проводимости индуктивныхнеоднородностей:
/>
6.По графику в [1,2] находим относительные, а затем и абсолютные значениядиаметров штырей:
/> мм;
/> мм;
/> мм;
7.Определим длину объемных резонаторов:
/> мм;
ианалогично
/> мм;
/> мм;
8.Вычислим расстояние между контурами:
/> мм;
/> мм;
Дляобъективной оценки основных параметров СВЧ фильтров специалисты используютпонятие габаритного индекса потерь (G) [3,7], которое включает такие характеристики,как объем, затухание, избирательность, число звеньев и полосу пропускания.
Полоснопропускающийфильтр, имеющий наименьшую величину габаритного индекса потерь, считаетсяоптимальным. Экспериментальные значения G для основных типов ППФСВЧ для различных диапазонов длин волн приведены в [3]; исходя из них следует,что критерий качества фильтра (габаритный индекс потерь) ограничен по своемунаименьшему значению.
Среднеезначение Gдля длины волны /> см составляет 0,8 />.
РассчитаемG по следующей формуле:
/>;
где/> - потериППФ;
V– эффективныйобъем ППФ в />;
n– число резонаторов;
/> — относительная полосапропускания.
/>.
Вывод:фильтр рассчитан рационально.
Идея использования многослойных структур для фильтрации электромагнитныхволн первоначально была успешно реализована в оптическом диапазоне. В 60 – 70-егоды эти же принципы фильтрации были перенесены в СВЧ диапазон, где в качествеволноведущих элементов широко используются как различные типы линии передачи,так и волны в свободном пространстве. Основными преимуществами, которыедостигаются в таких фильтрах, являются: широкий частотный диапазониспользования (0,5…30 ГГц); простота конструкции; низкий уровень вносимыхпотерь; высокий уровень пропускаемой мощности (до нескольких киловатт). Кнедостаткам ВДР, использующих традиционные волноведущие конструкции, следует отнестибольшие поперечные размеры, которые в основном определяются поперечнымиразмерами волновода, и довольно низкие значения нагруженной добротностирезонансных звеньев, что вынуждает увеличивать их число.
Дляустранения отмеченных недостатков используют три направления:
1. Применениев качестве резонаторов структуры типа «А- сэндвич» с четвертьволновыми связями.Здесь нагруженная добротность существенно возрастает, но поперечное сечениеостаётся довольно большим, так как необходимо обеспечить режим распространенияосновной волны на участке четвертьволновой связи.
2. Увеличениеотносительной диэлектрической проницаемости диэлектрических элементов, чтоприближает их к диэлектрическим резонаторам.
Однако спектр собственных колебаний ДР оказывается весьма насыщенным, врезультате чего возможно появление нежелательных побочных полос пропускания вфильтрах, если не приняты специальные меры для их подавления.
3. Одновременное уменьшение поперечных размеров линии передачи иувеличение проницаемости ДЭ, когда рабочие частоты оказываются ниже критическойчастоты основной волны регулярной линии передачи (запредельный режим). Вконструкции фильтра тогда можно достаточно четко выделить отрезки линийпередачи с распространяющимися или затухающими волнами, которые чередуются вопределённой последовательности. Такие фильтры естественным образом сопрягаютсяс СВЧ элементами, выполненными на волноводах, полностью заполненныхдиэлектриком, что создаёт условия для комплексной миниатюризации СВЧ устройств.Запредельные области легко создаются за счет нарушения однородностидиэлектрического заполнения. Эти же области благоприятствуют разрежению спектрасобственных колебаний резонансных элементов ВДФ.
Одномодовыеволноводно – диэлектрические фильтры.
Для описания ВДР с плоскими слоями удобно ввести понятие обобщённогорезонансного звена.
/>
Физическая структура модели одномодового ВДФ
Обобщённое звено (рис. ) состоит из двух одинаковых отрезковзапредельного волновода сечением />, длиной />, заполненного средой с проницаемостью/>, идиэлектрического слоя с проницаемостью /> длиной />. Электрические длиныдиэлектрического слоя и запредельных участков обозначим /> и /> (рис. ).
/>
Представление обобщённого звена ВДФ в видечетырёхполюсника
Обобщенное звено обладает резонансными свойствами и может бытьпредставлено в виде четырёхполюсника, характеризуемого внешними параметрами:центральной частотой /> и нагруженной добротностью /> (рис.).
/>
Представление обобщённого звена ВДФ в видечетырёхполюсника
Внешние параметры /> и /> однозначно определяютсявнутренними параметрами /> и />, зависящими от конструктивногоисполнения ВДР.
Использование обобщённых звеньев при анализе и синтезе многозвенных ВДФв качестве базового элемента позволяет избежать искусственного разделенияфункций диэлектрического слоя и запредельных участков в формировании частотныххарактеристик и сократить число переменных, подлежащих определению при решениизадачи синтеза ВДФ.
Волноводно-диэлектрический фильтр N-го порядка представляетсобой каскадное соединение N обобщённых резонансных звеньев. Следует выделить триосновных способа соединения обобщённых звеньев (рис. ), получивших наибольшеераспространение на практике: непосредственное соединение обобщённых звеньев;соединение обобщённых звеньев через дополнительные участки запредельноговолновода; соединение обобщенных звеньев через реактивные элементы, в роликоторых обычно используются индуктивные диафрагмы.
Различным способам соединения обобщённых звеньев соответствуют различныетипы реализуемых АЧХ. Так анализ структуры [ ] функции рабочего затухания /> N-звенногофильтра показывает возможность реализации при непосредственном соединенииобобщённых звеньев АЧХ максимально плоского типа при N произвольном и чебышевскихАЧХ при N нечётном, так как на центральной частоте структуры данноготипа обеспечивают полную передачу энергии />.
Для реализации чебышевских АЧХ при N четном связь обобщённыхзвеньев должна осуществляться через дополнительные отрезки связи, имеющиеэлектрическую длину /> и выполненные на запредельномволноводе того же сечения, что и запредельный волновод обобщённого звена (рис.).
Для связи обобщённых звеньев используют в определённых случаяхметаллические диафрагмы (рис. ). Введение металлических диафрагм вволноводно-диэлектрическую структуру позволяет уменьшить продольные габаритыфильтров, в значительной степени уменьшить влияние паразитных колебаний вобласти частот выше критической частоты волновода.
/>
Непосредственное соединение обобщённыхзвеньев
/>
Соединение обобщённых звеньев черездополнительные участки запредельного волновода.
/>
Соединение обобщённых звеньев черезреактивные элементы
Аналитический синтез ВДФ основан на сравнении внешних параметровобобщённых звеньев />, /> и нормированных параметров /> фильтров-прототиповс чебышевскими и максимально плоскими АЧХ. Расчет параметров /> фильтров-прототипов подробнорассмотрен в [ ] и для инженерных расчётов составлены соответствующие таблицы.
Эквивалентная схема многозвенного ВДФ приведена на (рис. .) Каждоеобобщённое звено эквивалентно резонансному контуру с нагруженной добротностью />. Фазовый набегили эквивалентная электрическая длина />. Таким образом, каскадное соединениеNобобщённых звеньев можно рассматривать как систему из резонансных контуров,соединённых через четвертьволновые участки линии или идеальные инверторы.Эквивалентная схема ВДФ оказывается тождественна схеме полосно-пропускающегофильтра-прототипа, используемого для расчета большинства типов СВЧ фильтров.
/>
Эквивалентная схема многозвенного ВДФ
Задача синтеза ВДФ включает следующие этапы:
1. Выбор требуемого распределениянагруженных добротностей /> звеньев для реализации заданнойАЧХ. Этот этап проводится при помощи таблиц параметров фильтров-прототипов /> [ ] или />[ ].
2. Выбор диэлектрических материалов игеометрии запредельного волновода.
3. Определение внутренних параметровобобщённых звеньев />, /> по известным внешним параметрам /> и />.
4. Определение длин дополнительныхотрезков связи /> при реализации чебышевских АЧХчетного порядка.
5. Определение конструктивных размеров ВДФв соответствии с выбранной схемой реализации (рис. ).
Рассчитаем ВДФ со следующими параметрами:
1. Определим длину диэлектрического слоя />, одинаковую длявсех обобщённых звеньев в узкополосных ВДФ :
/>
/> мм
Где
/>
/>
/>
2. Вычисляем крайние частоты резонансных звеньев с заданными нагруженнымидобротностями />:
/>
/> ГГц
/> ГГц
/> ГГц
3. Вычислим вспомогательные величины />, />, />, /> и /> запредельного участка:
/>
/> см
/> см
/> см
где />-скоростьсвета;
/>
/>
где />-размерширокой стенки волновода;
/>
/>
/>
/>
/>
/>
4. Определим конструктивные размеры обобщённых звеньев ВДФ:
а) длину диэлектрических слоёв с />:
/>
/> мм
/> мм
/> мм
б) длины запредельных участков:
/>
/> мм
/> мм
/> мм
После определения всех /> и /> определяются конструктивныеразмеры ВДФ в целом, согласно рис., при этом расстояния между диэлектрическимислоями /> и /> равны/>.
Проведённый приближённый расчёт приемлем для расчёта фильтров с полосойпропускания менее 5%.
Способы возбуждения ВДФ и особенности синтеза входных звеньев.Возбуждение ВДФ может быть осуществлено различными способами: при помощистандартных прямоугольных волноводов; волноводов, заполненных диэлектриком спроницаемостью />, коаксиально-волноводнымипереходами, выполненными в виде петель и штырей возбуждения; штырями,связанными с микрополосковыми и копланарными линиями (рис). Различные вариантывозбуждения имеют специфические особенности и, по-видимому, вряд ли могут бытьстрого рассчитаны на основе единого подхода.
Приближённые эквивалентные схемы, соответствующие различным вариантамвозбуждения, в большинстве случаев могут быть сведены к общему представлениюсочленения ВДФ и подводящей линии в виде шунтирующей проводимости /> (рис. ).Величина проводимости /> находится приближённымиэлектродинамическими методами или экспериментально.
/>
Способы возбуждения ВДФ
а– прямоугольным волноводом; б – заполненным прямоугольным волноводом; в –сопряжение с коаксиальным трактом при помощи петли; г — сопряжение с коаксиальнымтрактом с помощью штыря; д – сопряжение с микрополосковой линией; е –сопряжение с копланарной линией.
Рассмотрим влияние реактивностей, включенных на входе и выходеобобщённого звена, на его основные параметры. Обозначим матрицу передачишунтирующей проводимости />. Тогда результирующая матрицасоединения
/>
где />;b-ненормированнаяпроводимость; />-матрица передачи обобщённогорезонансного звена. Выполняя операцию умножения, получим из:
/>
Обобщённое звено с шунтирующими проводимостямина входе и выходе
/> />
/>; />;
/>;
/>;
/>.
Запишем элемент волновой матрицы передачи /> для обобщённого звена сшунтирующей проводимостью на входе и выходе:
/>
/>;
/>; />;/>.
Частотные характеристики обобщённого звена с индуктивными проводимостямина входе и выходе, рассчитанные по, приведены на рис… Увеличение величиныпроводимости приводит к повышению резонансной частоты и увеличению внешнейдобротности звена. Включение на входе и выходе обобщённого звена ёмкостнойреактивности, напротив, приводит к уменьшению внешней добротности приувеличении /> (рис.). Влияние ёмкостной реактивности имеет более сложный характер по сравнению синдуктивной. При достижении нормированной проводимости значения /> характер её влияниярезко меняется и при /> нагруженная добротность резкоувеличивается по мере возрастания />, резонансная частота при этомуменьшается. Такое влияние ёмкостной реактивности при больших величинах /> объясняется еёшунтирующим действием на входе и выходе звена. Очевидно, что неограниченноеувеличение /> впределе приведёт к случаю ВДР, ограниченного металлическими торцевыми стенками.В дальнейшем рассмотрении случай больших />с ёмкостным характером непредставляет практического интереса, так как ёмкостные винты используются лишьдля незначительной подстройки параметров связи и их проводимость />. Заметим, что при большихзначениях /> винтуже обладает резонансными свойствами, что может приводить к возникновениюнеконтролируемых паразитных полос пропускания в многозвенных фильтрах. Глубинапогружения винта не превышает обычно половины высоты волновода [ ].
Получим условие резонанса обобщённого звена с учётом проводимости навходе и выходе в форме, удобной для синтеза, приравняв /> к нулю в формуле:
/>.
На рис. приведены зависимости резонансных электрических длин /> обобщённыхзвеньев от индуктивной нормированной реактивности />. Увеличение реактивности /> приводит к увеличению/>,обеспечивающей резонанс на заданной частоте. Пределы изменения электрическойдлины определяются из решения задачи о собственных частотах для ВДР сметаллическими торцевыми стенками и уравнения ( ), определяющего резонансныеусловия обобщённого звена без шунтирующих проводимостей. Максимально достижимоезначение /> соответствуетслучаю короткого замыкания обобщённого звена и может быть определено по формуле
/>,
где />,/>-продольные волновые числа в диэлектрическом слое и запредельном волноводе. Всоответствии с ( ) при отсутствии переотражений />
/>.
Анализ ( ) и ( ) показывает, что диапазон изменения /> в значительной мерезависит от длины запредельного волновода и при удалении точек подключенияшунтирующих проводимостей их влияние на длину резонансного слоя /> уменьшается и впределе, когда />, равны электрической длинедиэлектрического слоя, обеспечивающей резонанс на собственной частоте ВДР.
Получим выражение внешней добротности обобщённого звена с шунтирующейпроводимостью на входе, учитывая, что в отсутствии потерь />.
/>,
/>;
/>;
/>.
Полагая, что /> и не зависит от частоты, опускаяпромежуточные выкладки, запишем выражение для внешней добротности обобщённогозвена с реактивностью на входе
/>,
/>;
/>
/>;
/>
/>;
/>.
Входящая в ( ) величина электрической длины диэлектрического слояопределяется при условии />:
/>.
Использование полученных выражений для внешней добротности ( ) ирезонансных условий ( ) позволяет скорректировать длину запредельного участка идиэлектрического слоя входного и выходного звеньев фильтра с учётом влияния шунтирующейпроводимости элементов возбуждения ВДФ.
Длина входного отрезка запредельного волновода находится так:
/>,
где />-решение( ) для заданного значения шунтирующей проводимости входа />.
Длина диэлектрического слоя определяется следующим образом:
/>,
где /> определяетсяпо ( ), а />-электрическая длина слоя в случае согласованного включения ( ).
Методика синтеза входных звеньев реализована в программе _______.
Расчёт ВДФ. С возбудителем.
Рассчитаем ВДФ, удовлетворяющий требованиям раздела __.
Возбуждение фильтра осуществляется волноводным сечением /> />.
Следует отметить, что при расчёте фильтров с произвольным числом звеньевкорректируются только размеры входного (выходного) запредельного участка идлины диэлектрических вкладышей первого и последнего звеньев.
Осуществляем корректировку длины входного звена с учётом реактивностивхода:
а) рассчитаем проводимость стыка волноводов, нормированную к />:
/>
Где
/>
/> см;
/>.
б) вычислим внешнюю добротность ВДФ, пользуясь таблицей:
/>
где />-
/>.
в) решая уравнения ( ), находим для /> и /> геометрические размеры входного ивыходного звеньев:
/> мм;
/> мм.2 Волноводно-микрополосковыйпереход
В последниегоды всё более широкое применение находит техника гибридно-интегральных схем(г.и.с.) в сантиметровом диапазоне волн. Как для проведения измеренийпараметров г.и.с. СВЧ, так и при соединении их в системах, актуальнойстановится задача создания коаксиально- или волноводно-микрополосковыхпереходов с широкой полосой, низким к.с.в.н. и малыми вносимыми потерями.3 Критерийкачества полосно-пропускающих фильтров
Проектирование современной радиоаппаратуры наряду с другими проблемаминеизменно связано со сложностью миниатюризации элементов и узлов,технологичности их выполнения и соответствия требованиям по электромагнитнойсовместимости. Многоканальность радиоэлектронных систем приводит ксущественному увеличению количества полосно-пропускающих фильтров (ППФ)диапазонов УВЧ, ОВЧ, СВЧ, причём требования к их избирательности,миниатюризации, технологичности непрерывно возрастают. Указанные требованиячасто взаимно противоречивы, что приводит к поиску компромиссных решений.
В течениидлительного времени сравнение различных фильтров между собой проводилось поотдельно взятым параметрам (или по селективности, или по потерям, или по полосепропускания) без учёта некоторой зависимости между ними. Эта методика приемлемаи в настоящее время для крупногабаритных фильтров.
Положениесущественно меняется при предъявлении к фильтрам требования миниатюризации.Дело в том, что в миниатюрных фильтрах (в отличие от крупногабаритных фильтров)все основные параметры функционально связаны между собой: например, увеличиваяселективность, мы заметно увеличиваем потери; сужая полосу, мы сноваувеличиваем потери и т. д. Таким образом, сравнение миниатюрных фильтров поотдельно взятым параметрам будет некорректным: необходимо оценивать системуосновных параметров в целом. Именно поэтому