Главная - Литература

0 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 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 [194] 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

типа колебаний в круглом волноводе; / - число полупериодов изменения электрического поля вдоль оси цилиндра. Для колебаний типа ТЕ параметр / не может быть равным нулю. Для колебаний типа ТМ параметр / может быть равным нулю. Для коаксиального резонатора при колебаниях ТЕМ

ZU (20-135)

Добротность резонатора Q 1. Добротность объемного резонатора может быть определена как

(20-136)

где Д/-полоса частот, в пределах которой значение полного сопротивления становится равным 0,707 от сопротивления на резонансной частоте /о, т. е. между частотами, где реактивное сопротивление объемного резонатора становится равным его активному сопротивлению, /„ - резонансная частота.

Величина Q0 пропорциональна отношению объема резонатора к площади поверхности, охватывающей полость резонатора. В соответствии с приведенным выше определением Q0 есть добротность ненагруженного резонатора. В ненагруженном резонаторе вся энергия, поступающая в резонатор со входа, рассеивается внутри объемного резонатора. Если к резонатору подвести внешнюю нагрузку, то его добротность Q уменьшится. Добротность резонатора при нагрузке Q или QH определяется, как доорот-ность при наличии связанной с резонатором внешней нагрузки. Основные соотношения для Q0 и QH определяются фор мулами (20-137) и (20-138)-

На практике иногда отрезки линии передачи соединяются с элементами с сосредоточенными параметрами для получения эквивалента объемного резонатора. Например, при конструировании генераторов высокой частоты индуктивность резонансного контура часто выполняется в виде более удобного отрезка закороченной на конце линии с длиной, несколько меньшеи А/4 *. На рис. 20-54 даны значения эффективной величины добротности Q такого соединения в зависимости от добротности элементов с сосредоточенными постоянными и отношения сосредоточенного активного сопротивления и волнового сопротивления линии.

Настройка объемных резонаторов. Добавление внешней нагрузки приводит к изменению резонансной частоты объемного резонатора. Поэтому обычно в объ-


(20-137)

ые ,9„

где Р„

энергия запасенная в резонаторе, мощность, рассеянная в резонаторе.

<?„ =

2я/о 9р Р

- мощность, рассеянная в резонаторе и нагрузке. Из формулы (20-137) видно, что Q0 зависит от типа колебаний и активных потерь в стенках объемного резонатора. Q для коаксиального резонатора может быть определено как р/2а в соответствии с разделом 20-3, е. Может быть получена добротность Q порядка 104. В тех случаях, когда требуются значительно меньшие величины Q, например от 10 до 50, применяются резонансные диафрагмы вместо объемных резонаторов.

1 Рассмотрение методов измерений характеристик объемных резонаторов дано у Montgomery (см ссылку выше), Н. J. Retch, P. F. О г d n u n g, Н. J. К г а и s, J. G. S k а 1 n i к . Microwave theory and techniques, p. 451-455, D. Van Mostrand Company, Inc , Princeton, N. Y., 1953.

1000

Рис. 20-54. Эффективная добротность Q резонансного контура, использующего закороченную линию передачи без потерь в качестве индуктивного элемента.

емных резонаторах устанавливаются настроечные элементы для компенсации нежелательных изменений частоты. Одно из таких устройств состоит из плоской металлической лопатки, ориентированной так, чтобы плоскость лопатки была повернута нормально к магнитному полю. Настройка также может быть достигнута установкой винтов, параллельных электрическому полю. Большие изменения резонансной частоты достигаются изменением одного из размеров объемного резонатора.

Объемные резонаторы многих типов колебаний. Иногда желательно возбуждать более чем один тип колебаний в резонаторе. В общем случае это может быть достигнуто путем создания полей каждого типа колебаний, ортогональных друг другу. Тогда каждый из типов колебаний может быть выделен и усилен. Если есть управляемая внутренняя связь между отдельными видами колебаний, то можно получить полные передаточные характеристики объемных резонаторов, аналогичные характеристикам двойных или тройных связанных контуров.

20-76. Сантиметровые фильтры. Теория фильтров была глубоко разработана для цепей с сосредоточенными параметрами Новая тео-

(20-138)

* См. гл. 6.

1 Рассмотрение основ теории в Communication networks, by Е. Д.,

фильтров дано GuiHeman, John



рия для цепей с распределенными параметрами, которые применяются на сантиметровых волнах, в основном не была развита. В общем случае методика расчетов состоит в использовании теории для сосредоточенных параметров и в представлении результатов через параметры линий передач. Подробное пояснение принципов конструирования сантиметровых фильтров низких частот, высоких частот и полосовых фильтров не является целью данного раздела Однако ввиду широкого распространения применения фильтров сантиметровых волн дается краткое описание некоторых разновидностей таких фильтров.

Фильтры с отсечкой на линиях передач. В общем случае волновод-ную линию можно рассматривать как фильтр высоких частот. Это не относится к коаксиальным линиям с волной типа ТЕМ, где критическая частота равна нулю. Соответствующим сочетанием волноводных и коаксиальных линий могут быть получены характеристики фильтров низких частот, высоких частот, полосовых и заграждающих фильтров.

Метод эквивалентнойсхемы. Это, возможно, является наиболее прямым методом анализа существующих разновидностей фильтров. Фильтр должен быть представлен в виде Т- или П-образной эквивалентной схемы. Это часто может быть прямо установлено из рассмотрения параллельных и последовательных элементов линии передачи 2. Затем вычисляются параметры Т и П цепей. По формулам теории цепей с сосредоточенными параметрами вычисляются характеристики фильтров. Подобным же образом могут быть вычислены постоянные передачи фильтра и вносимые потери путем использования соотношений для цепей с сосредоточенными параметрами.

В общем случае элементы с сосредоточенными параметрами формируются в виде коротко-замкнутых или разомкнутых линий, подсоединяемых последовательно или параллельно, как было рассмотрено в предыдущих разделах. Кроме того, диэлектрические материалы могут быть применены для введения последовательных или параллельных емкостных элементов.

Синтез полосовых фильтров с сосредоточенными параметрами часто сводится к составлению последовательных и параллельных ветвей резонансных фильтров. В сантиметровых устройствах это осуществляется путем добавления резонансных линий последовательно, или параллельно, или же путем применения резонансных диафрагм.

Связанные резонансные камеры. Предыдущие методы становятся неудобными, когда нужно получить узкополосные фильтры. Для этой цели резонансные камеры в волноводах связываются друг с другом так, чтобы получить или широкополосный, или узкополосный фильтр по аналогии со связанными настроенными контурами с сосредоточенны-

Wiley and Sons, Inc., New York, 1935, vol. II. Краткое рассмотрение практических методов расчета дано в § 18-1 -18 9 Большая часть материала этих разделов применима для цепей сантиметровых волн.

1 Подробные расчеты можно найти в Very high irequency techniques, chaps. 26 and 27, and Regan (см. ссылку выше).

* См. § 20-4 и 20-6.

ми параметрами, которые применяются на более низких частотах.

Одна из разновидностей связанных фильтров состоит из резонансных камер, разделенных диафрагмами i. В каждой камере обычно устанавливаются настроечные винты для целей фегулировки. Для индуктивной связи длина каждой нз камер должна быть между Хв/4 и Хв/2. Для емкостной связи длина камер должна быть между 0 и Ав/4 или между Ав/2 и ЗАв/4.

Могут быть применены и другие типы связанных резонаторов для формирования сантиметровых фильтров. Когда требуемая полоса пропускания мала, то прямая связь резонансных элементов становится нерациональной. Эта проблема может быть решена путем применения четвертьволновых секций связи между резонаторами.

20-8. ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ

Линии задержки являются специальным и важным типом линий передач, в которых параметры подобраны так, чтобы уменьшить скорость распространения сигнала. Линии задержки бывают трех типов: с постоянными параметрами, с распределенными параметрами и ультразвуковые. Линии задержки применяются в тех случаях, когда требуется задержка электрического сигнала по времени от доли микросекунды до нескольких тысяч микросекунд. Велновое сопротивление реальных линий задержек может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч ом. Специфические характеристики каждого из типов линий рассмотрены в следующих параграфах.

20-8а. Линии задержки с постоянными параметрами. Линии задержки с постоянными параметрами - это линии, в которых обычно распределенные индуктивность н емкость на единицу длины повторяются в виде отдельных секций сосредоточенных емкостей и индуктивностей.

Степень приближения линий с сосредоточенными параметрами к линиям с распределенными параметрами зависит от числа секций, которые применяются для формирования полной линии. Чем больше число секций, тем лучше приближение. Несколько типов линий с сосредоточенными параметрами схематически показано на рис. 20-55. Методы согласования входа и выхода линий с сосредоточенными параметрами без наличия взаимных связей даны в гл. 16. Для уменьшения фазовых искажений важнейшие гармоники сигнала, который должен быть передан через линию задержки, должны быть меньше половины частоты среза, которая определяется формулой

fyh- (2(М39)

где L - индуктивность одной секции, гн; С - емкость одной секции, ф.

1 Другие данные см. W. W. М u m f о г d, Maximally flat filters in waveguides, Bell Telephone Systems Techn. J., October 1948, vol. 27, № 4, p. 685 - 713.



Сигнал, который не удовлетворяет этому требованию, в общем случае будет искажен из-за увеличения времени задержки для тех составляющих, которые имеют частоту, большую fc. Сигнал, который имеет частотные составляющие, большие fc, будут дополнительно

-------

L L L

0-1---I-

0,2 с °1 С/2ТР

-------anr-nff-j-W-------

!l if

Рис. 20-55. Линия задержки с сосредоточенными параметрами.

искажаться из-за большого затухания для этих составляющих. Отсюда видно, что линия задержки является фильтром низких частот. Время задержки на секцию может быть определено по рис. 20-56. Волновое сопротивление Ze линии задержки для очень низких частот равно:

Z0 =

\ом\.

(20-140)


Рис. 20-56. Время задержки на одну секцию линии задержки как функция отношения частот.

Время задержки на секцию для очень низких частот равно:

тзд = УГС [сек], (20-141)

гДе тзж - время задержки на секцию.

Волновое сопротивление уменьшается с увеличением частоты для цепи, показанной на рис. 20-55, о, а для цепи, показанной на рис. 20-55,6, увеличивается. Формулы (20-140) и (20-141) и рис. 20-56 не применимы для линий

задержек, имеющих взаимные связи или распределенные параметры.

Если имеются взаимные связи между последовательными индуктивностями, фазовые искажения сигнала из-за неодинакового времени задержки частот, близких к /с, будут уменьшаться. Оптимальная величина коэффициента связи равна примерно 0,36 (см. рис. 1-2, гл. 1). В общем случае фазовые искажения в любом типе линий задержек могут быть уменьшены посредством применения фазокорректирующего устройства *.

20-86. Линии задержки с распределенными параметрами. Линия задержки с распределенными параметрами выполняются путем намотки соленоидального слоя провода на цилиндрический металлический каркас. Металлический каркас используется как один из проводников линии задержки. Индуктивность соленоида без металлического каркаса эквивалентна индуктивности всей линии задержки. Емкость между обмоткой и металлическим каркасом эквивалентна емкости всей линии. Сопротивление может быть увеличено путем замены металлического каркаса второй соленоидальной обмоткой. Направления намотки этих двух катушек должны быть противоположны. Фазовые искажения линии задержки с распределенными параметрами могут быть скорректированы посредством внешней фазокорректирующей цепи 1 или шунтирующей емкости 2.

В общем случае линия задержки с распределенными параметрами будет более компактной, чем линия с сосредоточенными параметрами прн той же задержке по времени и при одинаковых граничных частотах.

Коаксиальные линии иногда применяются для задержки сигнала. Полная величниа задержки t коаксиальной линии определяется формулой

z = 0,0033 УТГ рр-] , (20-142)

где гг - относительная диэлектрическая проницаемость. Длина коаксиальной линии для такой же задержки будет значительно больше, чем длина линии с сосредоточенными элементами или линии с распределенными параметрами, которые были рассмотрены ранее.

20-8в. Ультразвуковые линии задержки. Для некоторых специальных применений там, где требуются очень большие интервалы задержки, применяются ультразвуковые линии задержки. Этот тип линии обычно имеет в своем составе жидкую (обычно ртуть), кварцевую или стеклянную среду задержки. Кристаллы кварца применяются как преобразователи на входе и выходе жидкой линии для обеспечения перехода электрической энергии в механическую и обратно. Такие линии требуют, чтобы сигнал был наложен на модулированную несущую из-за затухания в линии. Ртутные линии могут

1 См. § 17-3.

з См. Radiation Laboratory series, vol. 17, Components Handbook, chap. 6, by J. F. Blackburn, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1949. В этой книге дается подробное описание методики проектирования, так Же как и методики конструирования линий задержек с распределенными параметрами.



0 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 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 [194] 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0074