P1 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 8

Рис. 21.4. НэпрввленнМ фвп тр как восьмиполюсник: а — тнп воснашолюсника; б — топологическая схе- з Ч ма полосковых проволников однспетлевого направяенного фильтра а) 47 Нап вязиным т м ()й)) называется восьмиполюсное устройство, используемое лля частотного разделения сигналов. Если источ:— ник СВЧ энергии подключен к одному из плеч НФ, например к панчу 1 (рис.

2 .4а), то на опрелеленной частоте ~, почти вся энергия будет постулат~ з плечо 2 (плечо направленйой связи). При изменении частоты происхолит перераспределение потока СВЧ энергии: мощность в плече 2 уменьшается, а в плече 3 (плечо прямой связи) увеличивается. Если плечи фильтра нагрукены на согласованные нагрузки, то при изыенении частоты энергии практически не ответвляется в плечо 4 (развязанное плечо). Основными характеристиками НФ являются: коэффициент вносимых потерь по пепл направленной связи Ы~„), по смыслу совпалвюиий с определением перехолного ослабления НО, которое описывается формулон (21.1), и коэффициент ослабления по цепи прямой связи (С„ ), по смыслу совпаивиияй с рабочим осяабяением в первичной линии НО, эапнсанньм в виде (21.4), а таина кх частотнюе завксимости. Рассмотрим прювщип действия однопетяевого Нй.

Схема Нй (рис. 21.4,б) состоит иэ отрезка лкнии передачи, замкнутого в кольцо и связанного при помощи Паправиеннмх ответвителей Н01 и Н02 с первичной и вторичной линиями. Правполовим, во-первых, чюо направленные ответвителн, зюяюолненные на связанных линиюпю, в Нй одинаковы, во-вторых, направленные ответвитамк нагруяены на согласованные нагрузки и обладают бесконечной направленностью; в-третьих, в кольце распространяется бегущая волна.

К плечу 1 Нй полклвчен генератор. Сигнал, рвспрострвняивмйся в первичной линии слева направо, воэбукдает в кольце волну, которая в соответствии со свойствамк направленного отвеювителя Н01 распространяется в кольце против часовой стрелки. Если по двине яольга укла)пювается цахое число длин волн Л, ( Л, — срамюяя длина водны рабочей полосы частою), то после прохсэдения во кольцу волна и щ .Иют приращение фазы ~п ° 300о и окзкется синфаэной с исходнювю колебанием. Произойлет слоаение аыплитуд колебаний, и во втором цикле по кольцу будет распространяться волна почти удвоенной аюаюмитуды. Эюа волна после крсхокдения по кольцу снова оказывается синфазной с исходнюеюи колебаниями, и амплитуда волны, циркулирующей в кольце, еще более увеличится. Продолкая рассмотрение, легко убавиться, что ммюлитуда волны, цирцулируищей в кольце, в рахиме установиввнхся колебаний мюкет значительно превюяиють амплитуду вопим в первичной линии.

Увеличение амплитуды кояебаний в кольце ограничено затуханием волны за счет потерь в линии параличи и ответвления части мелкости через направленные ответеители в первичнув и вторичюцп) линии. Биагодаря резонансному увеличении аюаюлитуди колебаний в кольце, когда по кольцу укмазывается целое число длин волн ~ Л, значительная часть мощности ответвляется иэ кольца через направленыый ответвитель Н02 во вюоричнуп линию, где образуется волна, бегущая справа нахево, а вход 4 оказывается развяэаннювю.

В рассмвтривазюзюм направленном фильтре используются отвеювители со слабой связьп и на дхинах волн, отлюгаюых от Л„кольцо воэбуклмется слабо; сигпвл с небохьким ослаблением распространяется по первичной липин Нй мвиду входами 1 и 3. Однопетлевой НФ инроко применяется как развяэывавщее устройство для обеспечения одновременной работы на общую антенну приемника и передатчика с различавкямнся частотами. Кольцо настрвиза- ется на частоту приемника, который подвпмается к плечу 4. Передатчик и антенна подключаются к ~я~~ам 1 и 3 состэетстэенно, а и плечу 2 подкэвчается согласованная нагрузка. 8 этой схеме достигается очень высокая развязка мвхяу передатчиком и приееиком, так как кроме фильтруюимх свойств кольца используется направленность НФ.

Сигнал перекатчика, просочивюяйся во вторичнув линию, поглоаается в согласованной нагрузке, включенной на входе 2. Расчетные соотноаеняя для основных характеристик НФ с равносторонней петяей и одинаковыми связями, состоящего из одинаковых НО с соахинительеек отрезками резной электрической,кляпы В, моино получить, использовав приведенные вмяв выраиеняя для основных характеристик НО на связанньк линиях, а такие учитыэая сдвиги фез, которые приобретают эояны, двигаясь по петле. Коэффициент вносимых потерь по цмхи направленной связи праяставются следумэим соотноыением: (~~= ~В~~ — „' = ~0~ ~~ ( .„~ДАВЯ (21.16) )(кя коэффициента ослабления по цепи пряыой связи получям вщикхенив г =ы1 ~~= тор ~~+(~ г)" у В)~ (21 1т) )(хя опракеления коэффициента связи вводят эппроксимир)чцую ~нс 10 Е~~1+ Й (сгу В/сЕ~ В ) ~, (21 18) где Ы = д, ° — - электрическая длина, соответствующая краю У» заданной полосы йропускання НФ; Й - коэффициент, опрекеяяюиий нераэномерность частотной характеристики в полосе пропускания и звэислщяй, в основном, от геометрических размеров лнний НФ.

Приравнивая правые части выраааний (16) и (18), получаем ~/'7ь,г т ) Частотные характеристики НФ бвэ учета потерь определяются зависимостями (21.16) и (21.17). Анализ этих зааисимостей показывает, что яри значениях д =да-~) и, соответстэуюиих резонанэ оным частотаи кольца ( и = 1,2,3...), Л = 6, а 5„ при значениях Ю = кк ~ — + , а Л прйннмает нулвнс внз значения. Расчет ое э е я о о отовки При подготовке к адолненип лабораторной работы квкдоцу студенту необходимо рассчитать основные параметры и харвлтеристики НО ики НФ в зависимости от выполняемого варианта работы.

Вариант 1. Расчет параметров направленного ответвителя промзводится по исходным данным, представленным в табл. 21.1 Таблица 21.1 4 ° ""ц Ф ° й > ° Оы б й ° мм И ° мм ~т, '° 815 +20 50 2,8 4 0,1 10 л Крнеми афпг»ааачн' .>>» >(Гц Ом л.(Д ли~ А, лБ (>, мм 2,8 0,1 0,5 1000 50 Использовав формулу (21.11), определить длину волны в симметричной полосковой линии лля 'М. По формуле (21.12а) найти длину участка связи.

Лз графика на рис. 21.5 определить тй; — ширину полоскового проволынив полволяией линии. По фо(в>уле (21.19) вычислить величину коэффициента связи и . По графику нв рис. 21.б найти ьоличину зазора о мекку полосковыми проводниками и их иирину в об>ласти с,язи. #ля направленного ответвителя определить длину волны в симметричной полосковой линии по форв(уле (21.11).

По формуле (21.12,а) найти геометрическую длину участка связи. Из графика (рис. 21.5) определить % - икрину полоскового проводника подводящей линни. Использовав формулу (21. 13,в) найти значение коэффициента связи >к . По графику (рис. 21.5) определить зазор о. мекду полосковымк проводниками и их кирину % в области связи. Использовав формулы (21.12,6), (21.13) и (21.13,6), определить перехолное ослабление НО при изменении частоты в зеленной полосе частот с магом в 4)ь от ~~ . Результаты расчета переходного ослабления оформить в виде таблицы.

По найденная значениям построить на миллиметровой бумаге график зввисииости С = )>(с>) . Вивиана 2. Расчет направленного фильтра производится по исходным данным, предствэленньв> в табл. 21.2. Таблица 212 е о ппьт.о гго гоо ЭОО бо бо в ИО Я дО ИОО бо ОП ОЕ ОЗ ОООО О7 ОЛ Рис. 21Л. полковое сопротивление полосковой линии об аи йь б э 2 ЭО ОО ЭОМ ,дб Чь оз о7 О.5 О о 6 ч э /эЭ,ОБ эо ОО эоньдб К опрелеленлю геометрических размеров НО с лицевой связью ы э60 Р О.

ЭИО <2О "(а ОИ О. а О э Рис. 21.ю. Ои о Оэ ОИ ОЭ о Использовав формулы (21.16) и (21,17), определить коэффициент вносимых потерь б»» и коэффициент ослабления х, нв различных частотах заданного диапазона с вагон в 0,5)ь от ~; . Результаты расчета Л»,. и Л», оформить в виде таблицы. По полученн~вэ значениям построить на миллиметровой бумаге на одном графике зависимости Х~, = Х„~ (У/У, ) и .Б„= Х („~/„~~ ).

Сделать вывод о развязывамлмх свойствах )й! при работе его нв частоте ( передачи. Экспе ииентальная часть эа»»»у.» Лабораторная установив, располоаенная на столе, состоит из блоков прибора Р2-8 и исследуемого устройства. В ланной работе исследуется направленный ответвитель или направленный фильтр в эависимости от заданного варианта. Внеюний вид и конструкция НО и НФ показаны на рис. 21.2 и 21.7. Рис. 21.7. Направленный фильтр с лйцевой связью: 1, 6 - ирепеиные платы; 2 и д — основания верхней и нмхйей полосковой платы НФ; 3 - диэлвитрическая проплавав; 4 и 7 — полосковые проводники; 5 - ВЧ разьем; 9 - отверстия для крепеинмх винтов; 10 — крепеиные винты Направленный ответвитель выполнен нв связвннэсс симметричных полосковых линиях с лицевой связью. Основой НО является симиетричная полосковая линии, имеюлая волновое сопротивление р, = 50 Ом.

Основание полосковой линли выполнено из высокочастотного диэлектрика фторопласта-4, армированного стеклотканью (ФАФ-4), имеющего относительную длзлеитрическую проницаемость б = 2,8 и тангенс угла диэлектрических потерь ~~ Р э 2 10 . Лля соелинения с внэмнимн устройствами три плеча НО снабиены иовхсиально-полосковыми переходами с 50-омными коэксивльными раэьсмами, четвертое плечо нвгруазно нэ согласованную нагрузку х» = р» , нзхоляэуюся внутри устройства.

52 В состав исследуемого направленного фильтра олнопетлевого типа входят два таких ке НО нв связанных линиях, как одиночный НО, списанный вьзае. Выполнен НФ нв основе таких ке симметрвчнык полосковых линий и все его четыре плеча имеет коаксиально-полосковые переходы и 50-омнме коаксиальные разъемы. 19 зи Рис. 21.8. Общий вкк лабораторной установки: 1 — свйп-генератор, Р$-3~2; 2 — индикатор Р2-8/1; 3 — выносная ВЧ головкаЯ- короткозвиыкатель (выносная головка условна показ в вертккальном полокении; цифрами Я (2) (8), 6 промаркированы соответствувщие узлы и детали лабораторной установки) Схематический ьид лабораторной установки для измерения козффицдента отравения (л;з ) от НО или ЛФ изобравен на ряс.

21,8, где поиазвны сле)г~ющиз блоки прибора Р2-8: сгип-генератор, выносной ВЧ блок, внутри которо~о тахогвтся два коахслвльных ЧО, и блок индикатора. Усслслуеине устроисзва (НО и НФ), не показанные на рисунке, долитн присоединяться к вылолу выносного ВЧ блока, который на рисунке показан нвгруиенныи на ксроткоэамыкатель® Уст йство и и ин п вбсты автоматического изме ягеля Ксв типа Рю-д.

Автоматичоский измеритель Ксв типа Р2-8 представляет собой широяодиапазонный прибор, предназначенный Лля проверки качества согласования и измерения К в полосе частот при наблвде- св нии кривой отраженного сигнала на экране ииквкаторв. Прибор поэзо ляет таюце определять частотные характеристики четырехполюсникоз и измерять ослабление сигнала з них з пределах 0...35 дБ.

Прибор состоит из четырех основных блоков: генератора качвю.цейся частоты (или сввп-генератора), лэух выносных высокочастотных блоков и блока индикатора. В состав свин-генератора входят дзв генератора электрических колебаний, частота которых меняется з нвиоторых пределах. У одного из генераторов частота может перестраиваться от 500 до 900 МГц (диапазон 1 сзип-генератора) с полосой качания з интервале от 50 до 400 лГц; у другого пределы изменения средней генерируемой частоты от 900 ло 1500 МГц (ливпазон П) с полосой качания от 50 до 600 МГц.