Главная  Применение сверхвысоких частот 

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 62 63 [ 64 ] 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81

(8.5.1)

Если внутри кольца неоднородностей нет, то на вход первого ответвителя поступают следующие сигналы:

02 = 0,

a3 = b,e-f, 4 = 0.

Входные сигналы второго ответвителя соответственно равны

а; = о,

3 == 3 = О'

(8.5.2)

Выходные сигналы второго ответвителя записываются в виде О

О

jk О

О

О

jkbiB-f

jk О

О

О

bie-if

(8.5.3)

(8.5.4)

=1/1-646-*,

аз = УТЬ,е-<. Следовательно, выходные сигналы первого (входного) ответвителя равны

О О jk

УТ О jk . О

jk О

О

О

yi-k

о

]/ l-feM-* о

О

/feaj + (l-fe2) б^е-з-ЗФ

(8.5.5)

62 = VTfli + ikyi -fe2ft,e-i2<p 4 = /feai + (l-fe2),4e-2v

или

(8.5.5)

При ф = /гя ата величина достигает своего максимального значения

4 = /4 (8-5-6)

Согласно уравнению (8.5.5),

62 = 0. (8.5.7)

Интересно отметить, что такой же результат можно получить непосредственно из уравнений (5.2.6) и (5.2.5), заменив вели-, чину е~ г, характеризующую омические потери, выражением У l-k, определяющим внещние потери.

Из уравнений (8.5.3) и (8.5.6) при ф = /гя (условие резонанса) имеем

bl = jkbie-p=±a, (8.5.8)

знак зависит от четности числа п.

Для оценки широкополосности такого устройства можно воспользоваться способом, описанным в приложении XV, где, однако, не учитывается энергия, накопленная в направленных ответвителях.

Накопленная энергия f/нак равна

21 1

1>4р,

(8.5.9)

где / = лЯв/2 -длина, соответствующая требуемому значению ф.

Энергия, рассеиваемая на расстоянии, соответствующем одному радиану, как во входном, так и в выходном ответвителях равна

[J 1 (А (2

tpacc -- I О4 i .

Таким образом, внешняя добротность

свн = 2я

расс- за период

и, следовательно, нагруженная добротность

Qr лп / Х„ \2

(8.5.10) (8.5.11) (8.5.12)

Полосу можно сузить, уменьшая k или увеличивая п. Но с увеличением п к рабочей частоте приближаются другие резонансы.



Как показано на фиг. 8.5.2, направленные фильтры бегущей волны, настроенные на частоты fu /2, /3. , fn, можно включить каскадно, осуществив таким образом устройство для разделения частот. Сигнал каждой частоты поглощается своей цепью, в то время как остальные сигналы продолжают беспрепятственно распространяться по фидеру. Такую систему удобно осуществить на

ж

ж

ж

ж

Фиг. 8.5.2. Разделение частот с помощью направленных фильтров бегущей

полосковых линиях, так как в волноводном исполнении она довольно громоздка. В последнем случае можно воспользоваться более компактным устройством, рассматриваемым ниже.

б. Волноводный направленный фильтр. Осноюй рассматриваемого устройства является направленный ответвитель, осуществляющий связь между прямоугольным и цилиндрическим волноводами и описанный в § 4.5, п. д . Для правильного выбора плоскостей включения входного и выходного ответвителей можно воспользоваться уравнением (5.2.1). Каждое направление круговой поляризации в волноводе целесообразно рассматривать как отдельное плечо.

Входной сигнал fli выходит из нижнего соединения (фиг. 8.5.3) в виде волн 2 и 64, которые в сумме образуют волну с круговой поляризацией определенного знака. При отражении направление поляризации сохраняется, но теперь входная волна Оз в основном отражается обратно (64), а небольшая ее доля просачивается в плечо 2 (62). В плечо 1 сигнал не возвращается, и оно все время остается согласованным со стороны входа.

Путь, проходимый волной внутри резонатора (туда и обратно), равен удюенной его длине, и, следовательно, угол Ф (см. фиг. 8.5.1) совпадает теперь с электрической длиной резонатора.

Не упуская из виду перечисленные выше особенности, можно утверждать, что направленный фильтр с круговой поляризацией действует по тому же принципу, что и резонатор бегущей волны, показанный на фиг. 8.5.1. В частности, все выведенные ранее формулы непосредственно применимы и к данному случаю.

Известны и другие разновидности таких элементов связи [32], но все они непременно содержат направленные ответвители. Ответвление с помощью простого тройника на входе привело бы к образованию стоячей волны, так как сигнал, выходящий из объемного


Фиг. 8.5.3. Направленный фильтр с круговой поляризацией.

резонатора, распределялся бы между плечами 1 я 2. В выходном ответвителе происходило бы точно такое же распределение сигнала между плечами 5 и 4, а значит, уравнение (8.5.8) утратило бы силу.

в. Разделение частот с помощью циркуляторов и полосовых фильтров. Разделение частот по каналам можно осуществить


I к другим \ циркуляторам


Выход

а 6 в

Фиг. 8.5.4. Разделители частот и фильтры с использованием циркуляторов.

С помощью устройства, показанного на фиг. 8.5.4, а. Из сложного входного сигнала выделяются частоты Д, /2, /з, /4 ... и направляются по соответствующим каналам. В частности, если необходимо



выделить только одну частоту, то к плечу 2 циркулятора присоединяют фильтр, а к плечу 3 - согласованную нагрузку (фиг. 8.5.4, б). На выход (плечо 2) приходит сигнал, определяемый характеристикой фильтра, тогда как вход всегда согласован. С другой стороны, к фильтру в плече 2 можно подсоединить согласованную нагрузку, что позволит исключить из плеча 3 составляющую с частотой /i (фиг. 8.5.4, в).

г. Фильтры с использованием мостовых соединений. В данном частотном диапазоне верхние частоты можно отделить от нижних с помощью устройства, показанного на фиг. 8.5.5, если, конечно,

Суженный участок волновода

Низкие частоты \ / Высокие частоты Мост(Зд4) МоаЦЗЩ

Фиг. 8.5.5. Фильтр, разделяющий диапазоны частот.

применяемое в нем мостовое соединение удовлетворительно работает на всех рассматриваемых частотах. Граница разделения частот определяется размером широкой стенки суженного участка волновода и может регулироваться произвольно. Выделенные интервалы частот можно подвергнуть дальнейшему разделению и использовать по назначению.

Суженные участки волновода, показанные на фиг. 8.5.5, можно заменить проходными резонаторами или фильтрами. В результате этой замены получится полосовой пропускающий фильтр, согласованный во всем диапазоне частот, или полосовой заградительный фильтр, если вывод энергии производить через нижний волновод. Эти два устройства во многом напоминают циркуляторы, показанные на фиг. 8.5.4, бив.

д. Тройниковые разделители частот. В некоторых случаях разделение частот можно осуществлять с помощью обычных тройников [5] и соответствующих полосовых фильтров (фиг. 8.5.6). Плоскость эффективного короткого замыкания фильтра должна располагаться таким образом, чтобы вдали от резонанса достигалась беспрепятственная передача сигнала между остальными плечами. Для проведения количественных расчетов можно воспользоваться уравнениями § 3.4-3.6. Отметим, в частности, что если волноводное соединение не обладает аксиальной симметрией или по крайней мере не выглядит электрически симметричным, то может оказаться, что

ПЛОСКОСТЬ эффективного короткого замыкания можно расположить указанным выше образом только в каком-то одном плече.


Фиг. 8.5.6. Тройииковый разделитель частот.

е. Резонаторный фильтр с двумя перпендикулярно поляризованными волнами. Резонаторный фильтр с двумя перпендикулярно поляризованными волнами очень похож на резонаторный дискриминатор с раздвоенным резонансом, показанный на фиг. 8.2.5. Различие этих устройств состоит только в том, что ввод и вывод энергии производятся через два перпендикулярно направленных волновода, связанных с волнами в резонаторе, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны (волновод с детектором 1 может, например, являться входным, а волновод с детектором 2 - выходным). Таким образом, входной сигнал возбуждает в резонаторе вид колебаний ТЕпр с определенной пространственной ориентацией.

Если ввести в резонатор симметричную неоднородность, благодаря которой возбуждается вид колебаний с перпендикулярно направленной плоскостью поляризации, связанный с выходным волноводом, то рассматриваемая система будет действовать подобно двум резонаторам с непосредственной связью (см. § 6.2). В частности, если связь между двумя перпендикулярно поляризованными видами колебаний доведена до критической, то характеристика передачи (без учета потерь) будет описываться выражением (6.1.25). Преимущество такого устройства заключается в том, что настройка обоих видов колебаний производится одним и тем же элементом. По простоте настройки такой фильтр эквивалентен одному резонатору, а по своей характеристике передачи он равноценен двум связанным резонаторам.

ж. Подавление гармоник. Подавление гармоник в волноводе можно осуществить путем вывода их во вспомогательные волноводы уменьшенного сечения через большое количество щелей связи. В этих вспомогательных волноводах находятся поглотители, в которых рассеиваются гармонические составляющие. Хотя каждая отдельно взятая щель обеспечивает довольно слабую связь, можно достигнуть любой степени подавления гармоник, применяя доста-



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 62 63 [ 64 ] 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81