Резонансные системы с отрезками линий, содержащими неоднородности

В ряде случаев по конструктивным соображениям, а также, например, для улучшения фильтрующих свойств, расширения диапазона перестройки PC в качестве составной части PC используют ступенчато-неоднородные отрезки линий. Коаксиальная линия может состоять из нескольких отрезков, имеющих разные диаметры внутренних и внешних проводников, т. е. обладающих разными значениями волновых сопротивлений; могут быть изменены размеры двухпроводной или полосковой линии и т. д. Эти неоднородности приводят к возбуждению высших типов волн, локализованных вблизи неоднородности. Поля таких волн имеют в основном реактивный характер, поэтому поглощением мощности, связанным с их возбуждением, в первом приближении можно пренебречь. Неоднородность может быть учтена включением в эквивалентную схему линии некоторой реактивной проводимости. Скачкообразные изменения размеров проводников линии учитывают включением сосредоточенной емкости.

Резонансное условие для сложной PC, состоящей из параллельно включенных участков линий, записывается для выбранного сечения в виде равенства нулю суммы реактивных проводимостей, определяемых пересчетом к этому сечению проводимостей отдельных участков: Yвх1 + Yн + Yвх2 = 0, — где Yн = jCн /(5,31л) -проводимость емкости, отражающей в эквивалентной схеме неоднородность линии; Yвх2=-j/[Z02tg (2рl2л)] — входая проводимость короткозамкнутого отрезка линии длиной l1; Yвх1 =-j/Xвх1; Xвх1 — входное реактивное сопротивление участка линии длиной l1, нагруженного на конце сосредоточенной емкостью С0.

PC можно перестраивать, не изменяя общей длины системы l= l1 + l2 изменением либо емкости С0, либо места включения неоднородности (l2, а стало быть, и l1 = ll2). Возможна также перестройка системы одновременным изменением С0 и l2. Коэффициент перекрытия диапазона гп = лmax/лmin будет зависеть в там числе и от фактора неоднородности Полосы пропускания PC располагаются в окрестности каждого значения резонансной частоты. Ширина полос пропускания определяется нагруженной добротностью эквивалентного контура на соответствующем виде колебаний.

Для выполнения требований по фильтрации высших гармоник, всегда присутствующих в спектре СВЧтока генератора, необходимо, чтобы резонансные частоты щ0, щ1, щ2,… не были бы кратными.

Если аналогичным образом найти резонансные частоты PC с короткозамкнутым отрезком однородной линии, то окажется, что PC, образованные из отрезков однородной линии, обладают низкими фильтрующими свойствами для нечетных гармоник.

Когда трудно получить одновременно большое значение R0э. хх при перестройке PC в широком диапазоне частот, линейный закон перестройки, хорошие фильтрующие свойства и т. д., в PC включают отрезки плавно-неоднородных линий. В них волновое сопротивление вдоль линий изменяется по определенному закону, для чего в двухпроводных линиях обычно изменяют расстояние между проводниками линии; в коаксиальных — диаметры проводников (чаще всего наружного); в полосковых — ширину полоскового проводника.

К плавно-неоднородным линиям относят и радиальную линию, у которой с увеличением радиуса растет погонная емкость, а погонная индуктивность и волновое сопротивление уменьшаются. Для таких линий.

Z0 ® = 60h/r = Z0r0/r, (51).

где Z0 — волновое сопротивление в начале линии, на начальном радиусе r0; Z0 ® — волновое сопротивление на некотором текущем радиусе r. Радиальные линии обычно возбуждают электрическим полем в емкостном зазоре d, диаметр которого 2r0.

Условие резонанса (для начала радиальной линии, r=r0).

jC0Z0/(5,31) + Y (r0,R) (52).

Первый член выражения (52) является нормированной по Z0 проводимостью емкостного зазора, второй член — нормированной входной проводимостью радиальной линии, короткозамкнутой на радиусе r = R. Расчет такой PC производится по уравнению (52), при этом обычно задают значения С0, л, r0, h. Графически или численными методами находят значение R. Если емкость С0 не задана, ее определяют как емкость соответствующего конденсатора: С0=е0еrрr02/d, где е0 — электрическая постоянная вакуума, еr— относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего зазор.

Если заполнение зазора — воздух или вакуум (еr= 1):

C0=0,28r02/d (53).

При этом если r0 и d выражены в см, то С0 получаем в пФ. Иногда соотношение (53) уточняют, добавляя к чисто «торцевой» емкости емкость боковой поверхности центральной части PC, ограничивающей радиальную линию в ее начале, на длину верхней крышки PC. В этом случае.

C0=0,28r0(r0/d+ 1,25 ln h/d) (54).