Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Поскольку частота в схемах со средоточенными постоянными входит во все формулы для цепей, где используется С, L, M (взаимоиндукция), то выбираяK1 =1гр, всегда можно получить нормализованную частоту гр  1 , при этомвсе реактивные элементы прототипа С, L, M должны быть умножены на действительную граничную частоту.Если же найдена схема нормализованного НЧ прототипа с единичной граничной частотой, то этот прототип можно использовать на любой граничнойчастоте, деля номиналы реактивных элементов на гр.Для полосовых фильтров замена частотной переменной имеет вид  K з 0 ( 0 ),0 (2.66)где Kз и 0 – положительные постоянные.Если в качестве функции L(Ω) выбрана АЧХ ФНЧ, то в результате преобразования (2.65) получается частотная характеристика полосового фильтра.

Граничные частоты полосового фильтра  1 и  2 связаны с граничной частотой НЧфильтра прототипа с  гр = 1 следующим образом:501  2   12, 1 2  0 .KзПри этом преобразовании любая индуктивность L НЧ прототипа превращается в последовательный колебательный контур с элементами L   L  2и C   / 0 L . Любая емкость НЧ прототипа превращается в параллельныйколебательный контур с элементами C  C /   и L   /  c . Соответствующая этому преобразованию схема прототипа представлена на рис.

2.12.Задача реального создания фильтра СВЧ по известному низкочастотномупрототипу сводится к реализации методами СВЧ техники сосредоточенных эквивалентных емкостей, индуктивностей, колебательных контуров. Часто этазадача при относительной полосе частот 5% решается с помощью отрезковлиний передачи. Известно, что закороченная линия передачи имеет индуктивное или емкостное сопротивление вида jZ 0 tg  l . Индуктивный или емкостной характер закороченной линии зависит от величины волнового сопротивления и электрической длины линии передачи.2абРис. 2.12.

АЧХ (а) и эквивалентная схема (б) ПФпосле преобразования НЧ прототипа51На рис. 2.13 приведен пример реализации низкочастотного прототипа ПФ спомощью короткозамкнутых шлейфов на линиях передачи. При замене последовательных и параллельных контуров резонансными шлейфами необходимокак сохранение резонансных частот, так и внешних добротностей.абРис. 2.13.

Пример реализации полосового фильтрана короткозамкнутых отрезках (шлейфах) линии передачи:а – эквивалентная схема НЧ прототипа; б – СВЧ реализация на шлейфах линий передачНапример, для схемы, представленной на рис. 2.13, входное сопротивлениепоследовательного шлейфа равноZ  (1  r)  j Z в1tg2l1в ,(2.67)где Zв1 – волновое сопротивление линии передачи, в – длина волны в линии.В точках последовательного резонанса l1  kв2, k = 1, 2, 3…, соответствующаядобротность может быть вычислена из выраженияQ1 0k Z в1dx.2 1  r  d    0 2(1  r )(2.68)Для параллельного шлейфа аналогичные формулы выглядят следующим образом: входная проводимость Y2  (r  1) /r – j ( 1нанса при длинах l 2  (2m  1)в4, m = 1, 2, 3.Соответствующая добротность52 2 l2 )Z в2 ctg    , условия резо в Q2 0 rdb2 r (2 m  1).2  r  1 d    0 4( r  1) Z в2(2.69)При поиске практических реализаций СВЧ фильтров для применения в БРКнеобходимо принимать во внимание следующие ограничения:– по возможности избегать неоднородностей, включаемых в линию передачис повышенной концентрацией электрического поля для предотвращения развития мультипакторных разрядов в вакууме;– необходимо стремиться к реализациям, максимально снижающим размерыn-звенных фильтровых структур, для уменьшения габаритов и массы.С этой точки зрения интерес представляют фильтровые структуры на базепроходных резонаторов, образуемых парой неоднородностей индуктивного типа (например, индуктивных диафрагм), размещенных в волноводе.

Пример такой структуры представлен на рис. 2.14.абРис. 2.14. Эквивалентная схема одного звена СВЧ фильтра с непосредственной связьюмежду резонаторами на основе шунтирующей неоднородности индуктивного типа:а – прототип ПФ с четвертьволновыми связями;б – реализация ПФ с непосредственной связьюКак показано в [2], в окрестности резонансной частоты затухание L можнопредставить в видеL  1  4Qвн2 (20 ) ,(2.70)Здесь внешняя добротность резонатора Qвн составляетQвн b02b21 02453b0l1  ( кр ) 20,(2.71)где b0 – величина шунтирующей линию проводимости на центральной частоте,кр – критическая частота волновода на данном виде колебаний.Условия резонансных частот соответствуют трансцендентному уравнению 0lb(0 )  2ctg(vф),(2.72)где vф – фазовая скорость в линии.Наименьшими габаритами будут обладать СВЧ фильтры с непосредственными связями между резонаторами.

На рис. 2.15 представлена эквивалентнаясхема 3-звенного фильтра такого типа.Рис. 2.15. Реализация 3-резонаторного фильтра с непосредственными связямиКак видно из этой схемы, межрезонаторные шунтирующие проводимостиопределяют не только границу отдельного звена (резонатора), фильтра, но ииндуктивную связь между ними. Расчеты таких фильтров ведут с использованием специальных программных средств на ЭВМ.Дальнейшего сокращения n-звенных структур СВЧ полосовых фильтров достигают путем использования СВЧ резонаторов на круглых волноводах и возбуждения в них на волне H11 2-ортогональных колебаний. Электромагнитнаяструктура этой волны показана на рис.

2.16.В круглом волноводе при соответствующем возбуждении могут существовать две волны, имеющие одинаковые критические частоты, но ортогональныеполяризации (например, горизонтальную и вертикальную). Это означает, что водном и том же объеме можно образовать в 2 раза большую по числу звеньевструктуру СВЧ полосового фильтра или при фиксированном n сократитьв 2 раза его размеры.Наряду с рассмотренными выше фильтрами СВЧ на базе объемных резонаторовв технике современных БРК широко применяются фильтры на диэлектрическихрезонаторах, сочетающих малые потери, габаритные размеры и низкую стоимость.Принцип действия диэлектрического резонатора как базового элемента для построения многозвенных структур основан на явлении резонанса электромагнитныхволн внутри объема, заполненного диэлектриком с высокой диэлектрической проницаемостью. Накопление электромагнитной энергии происходит в результате ин54терференции волн, многократно отражающихся от границы раздела диэлектрика ивоздуха.Рис.

2.16. Структура ортогональных электрических полей на волне H11резонатора на круглом волноводе Е-поля основного колебания(E-поле ортогонального колебания)абРис. 2.17. СВЧ фильтр на дисковых диэлектрических резонаторах:а – электромагнитная структура колебаний;б – реализация фильтра в полосковом исполнении55Поскольку используемые диэлектрики характеризуются высокими проницаемостями   1040, то коэффициент отражения электромагнитной волны от границ ≈1, что и обеспечивает при использовании высококачественных диэлектриковвысокие собственные добротности порядка 510103 и малые размеры в диапазонахмикроволновых волн вплоть до Кu.

Обычно диэлектрические резонаторы имеютцилиндрическую форму с отношением высоты к диаметру 0,30,5. Структура электромагнитной волны в резонаторе представлена на рис. 2.17.Практический пример 5-звенного полосового фильтра на диэлектрическомрезонаторе показан на рис. 2.17. Здесь связи между резонаторами непосредственные по H-полю.56ГЛАВА 3.ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИЛИНЕЙНЫХ СВЧ УСТРОЙСТВПрохождение сигналов в трактах БРК происходит в присутствии собственного шумового сигнала (далее шума). Физическая природа шума разнообразна,но основными источниками являются диссипативные потери в трактах (тепловой шум), дробовой шум в полупроводниковых и электронных приборах, связанный с флуктуациями электронных токов, протекающих в них.

Указанныевыше шумы образуют в основном аддитивный по отношению к сигналу шумовой сигнал. Но при преобразовании частоты может образоваться мультипликативный шум при флуктуационных изменениях фазы гетеродина, вызываемый восновном теми же источниками, что определяют аддитивный шум.Вообще говоря, шумовой сигнал имеет статистическую природу, и в рассматриваемых ниже случаях представляет стационарный эргодический процесс,который характеризуется в частотной области энергетическим спектром. Припрохождении через линейные системы с коэффициентом передачи K() энергетический спектр шума преобразуется по простому закону – умножением спектра на входе на коэффициент усиления по мощности.В данной главе будут рассмотрены только шумовые характеристики такихлинейных систем, как СВЧ линейные многополюсники, антенные системы.Мультипактивный шум гетеродинных источников сигнала будет рассмотренв главе 4.3.1.

Характеристики

Список файлов книги