Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Перестройка частоты плоских резонаторов может быть механической — изменением размеров, а также электрической — обычно с помощью включенного в резонатор варикапа. Применяемые в РПРУ СВЧ более высокодобротные объемные резонаторы делятся на твердотельные и полые. Твердотельные резонаторы представляют собой небольшие объемы диэлектрика 1е, »1) или феррита (1ь»1), в которых имеет место объемный резонанс электромагнитного поля. Диэлектрические резона~оры (ДР) представляют собой диски, цилиндры, бруски, кольца и т.п., форма, размеры и диэлектрическая проницаемость которых выораны так, чтобы в них на заданной частоте выполнялись условия элек~ ромагнитного резонанса вследствие явления полного внутреннего отражения электромагнитной волны. Геометрические размеры ДР пропорциональны, х~,Я»,,', где Х вЂ” длина волны в свободном пространстве.
поэтому при е, »1 они оказываются намного меньше длины волны, т.е. такие резонаторы весьма компактны. Собствен~ная добротность ненагруженного ДР в первом приближении определяется как Д,=)дд б, где !я 5 — тангенс угла диэлектрических потерь в материале резонатора. Г!оскольку у используемых материалов типичные значения 1д5 = 10 '...1О ', собственная добротность ДР на сантиметровых волнах достигает нескольких тысяч и может быль еще увеличена путем охлаждения.
Для пог ~щения температурной стабильности параметров ДР используют керамические материалы с низким температурным коэффициентом изменения в, не превышающим 10 ' 1/'С. В СВЧ тракт ДР включаются двумя способами. При первом способе резонатор включается между двумя несвязанными линиями передачи, например, располозкенными ортогонально или разделенными участком волновода. На резонансной частоте ДР возбуждается и линии оказываются связанными его полем. При втором способе ДР находится вне основного тракта и связан с ним электромагнитными полями. На резонансной частоте ДР возбуждается, его переизлученное поле компенсирует поле падающей волны и в тракте возникает стоячая волна.
Вдали от резонанса ДР пе возбумсден, и вся мощность в тракте поступает в нагрузку. Подстройка частоты ДР достигается внесением в их электрическое поле металлических или диэлектрических тел. Наиболее эффективно использование ДР в сантиметровом диапазоне, на дециметровых волнах они проигрывают по массогабаритным показателям резонаторам других типов, а на миллиметровых их малые размеры создают определенные технологические затруднения.
68 ГПАВА г Наиболее типичный ферритовый резонатор (ФР) представляет собой тц>ательно отшлифованную сферу диаметром 0,3...1 мм из монокристалла железоиттриевого грана~а (ЖИГ), помещенную в центре двух ортогонально располо>кенных петель связи, плоскость которых совпадает с направлением постоянного подмагничивающего поля напря>кенностью Н,. Каждая из не~ель соединена одним концом с подводящей (отводящей) линией, а другой ее конец заземлен по СВЧ с помощью четвертьволнового отрезка. При определенном сочетании внешних магнитного н СВЧ полей в такой сфере из-за физических свойств феррита возникает ферромагнитный резонанс, н если прн Ц,= 0 связь между входом и выходом ФР огсутствует нз-за ортогональности располо>кения петель связи, то при резонансе через сферу ЖИГ энергия СВЧ передается от входа к выходу.
Одним из главных достоинств ФР является возмо>кность получения больших значений добротности (до Д,=!0') вплоть до миллиметровых волн, причем это единственный тип резонаторов СВЧ. резонансная часто~а которых не зависит от размеров, а определясгся только напряженностью постоянного подмагничнвающего поля. (а =- у,Ноя, где у„= 0,22 МГц рад м А — гиромагнитная посгоянная; Д, — >ширя>кснность поля, А м .
Другое важное достоинство ФР— возмо>кность весьма ц>ирокодиапазонной перестройки резонансной частоты изменением Н„при сохранении линейной зависимости ЯНя). Недостатком ФР является сильная зависимость резонансной частоты от температуры. Полые объемные резонаторы в радиоприемной технике в настоящее время используются крайне редко из-за плохих массогабаритных показателей и низкой конструктивной и технологической совместимости с другими узлами и блоками РПрУ. выполненными по интегралыюй технологии. К их достоинствам относится возможность реализации очень высоких добротностей, а также надежная экранировка от воздействия внешних электромагнитных полей. Регулярные объемные резонаторы представляют собой отрезки волноводных или коаксиальных линий передачи, замкнутых на концах.
Существуют также радиальные, спиральные резонаторы. кольцевые резонаторы бегущей волны и др. Соединения отрезков линий передачи. в том числе различных типов и в сочетании с элементами с сосредоточенными параметрами, образуют резонаторы сложной формы. Наиболее распространенными узлами ВЦ приемников СВЧ являются разнообразные фильтры, различающиеся по виду электрических характеристик (полосовые, ре>кекторные, верхних частот), типу АЧХ (максимально плоская, равноволновая. эллиптичес- 69 Входные цепи радиоприемников кая), типу используемых линий передачи, числу и виду резонаторов.
Основной характеристикой фильтров является АЧХ вЂ” зависимость Ц~), где Т.=УКр=Р„(Р„„=Рм!1Рм(1-~!Г~ )1=1/(1 — 1Г~ )>!— рабочее за~ухание фильтра; à — коэффициент отражения от его входа. Рабочее затухание принято выражать в децибелах; Л = = 10 1д (Р„„|Р,„„), а вместо непосредственно частоты Гиспользовать относительную расстройку от центральной частоты ),: у = ߄— /оК=2 Ч вЂ” 1оИ У фильтров с максимально плоской АЧХ (характеристикой Батгерворта) затухание возрастает монотонно по мере отстройки от центральной частоты. Такая АЧХ показана штриховой линией на рис. 2.21, где ~к,Г„,)н~', — граничные частоты полосы пропускания П и полосы загра>кдения П,; 2„-диссипативныс потери; Ак, АЛе — допустимые потери и неравномерность затухания в полосе пропускания; У, — гарантированное затухание.
Максимально плоская АЧХ аппроксимируется функцией У. = 1 + >! (>();) ", где и > >!й ~(Л,— !)(˄— 1) '!й (П,!П) — число звеньев фильтра-прототипа >.„по (ńń— в безразмерных единицах); и = 10'" — 1 — коэффициент неравномерности затухания (Ь„, дБ). У фильтров с равноволновой (чебышевской) АЧХ зависимость затухания от частоты в полосе пропускания имеет осциллирующий характер. Такая характеристика показана сплошной кривой на рис.
2.21 и аппроксимируется выражением Е=1+пТЯ~Я, где ТкЩ„) полипом Чебышева первого рода л-го поря, ха; и > ° -кДс, ТХ~~„-С~--к<п,~п). Прн одинаковых полосах пропускания и крутизне скатов фильтры с чебышевской характеристикой реализуются меныпим Рнс. 2.21 ГЛАВА 2 числом элементов, чем фильтры с максимально плоской характеристикой, однако АЧХ первых более неравномерны, а ФЧХ сильнее отклоняются от линейных.
Если необходимо получить всплески за~ухания на заданных частотах в полосе заграждения, применяют ПФ с эллиптическими АЧХ (характеристиками Кауэра— Золотарева). Наиболее широко в РПрУ СВЧ применяются ПФ и ре>кекторные фильтры на МПЛ. Фильтры на несимметричных МПЛ имеют меньшую собственную добротность резонаторов вследствие повышенных потерь в проводниках и потерь излучения с разомкнутых копцов, нз-за связей по поверхностным волнам обычно у них.
2„<40 дБ. Фильтры на симметричных МПЛ обеспечивают относительно меньшее затухание в полосе пропускания и большее — в полосе загра>кдения, однако они менее технологичны в связи с трудностями обеспечения короткого замыкания отрезков линий и подстройки. Простейшие ПФ на МПТ! представляют собой последовательно связанные через торцевые емкости полуволновые разомкнутые резонаторы (рис. 2.22, а). Ширина полосы пропускания этих ПФ определяется шириной зазоров з между резонаторами: чем меньше х„тем сильнее связь и шире полоса П. Наибольшее распространение получили ПФ на связанных линиях (МПЛ, копланарных и др.) с индуктивной связью между полуволновыми разомкнутыми нли короткозамкнутыми резонаторами.
Типичная топология ПФ на МПЛ с разомкнутыми резонаторами показана на рис. 2.22, 6. в Ри . 2.22 Входные цепи радиоприемников 71 Вследствие технологических ограничений на реализацию малых значений з обы шо П~~„' у этих фильтров не превышает 5...20 о4, Уменьшение линейных размеров таких сравнительно длинных ПФ достигается наклонным расположением резонаторов или их сворачиванием в мсандры.
Указанные фильтры имглот паразитные полосы пропускания на частотах 27;, 47'„и т.д. Более компактны также широко используемые ПФ на встречных стержнях, состоящие из связанных чсгвертьволновых резона~оров, короткозамкнугых на одном конце и разомкнутых — на дру гом (рис. 2.22, в). Если в таком фильтре входная и выходная линии выполняют функции трансформаторов полных сопротивлений, он обладает узкой или средней полосой пропускания (П((,; о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
