Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 29

Существует метод, позволяющий исключить четвертьволновые вставки между резонаторами, не меняя свойств фильтра. Это ПФ с непосредственными связями, он имеет меньшую длину, проще конструкцию, полоса пропускания 1…10%. Но при этом за счет взаимного влияния резонаторов усложняется настройка ПФ.

Волноводные фильтры с объемными резонаторами имеют высокую стабильность характеристик и малые потери, однако размеры и масса таких фильтров слишком велики. Прогресс в разработке высококачественных диэлектрических материалов позволил приступить к созданию и внедрению в тракты СВЧ малогабаритных фильтров на диэлектрических резонаторах, сочетающих незначительные потери, малые габариты и невысокую стоимость.

8 Общая теория цепей СВЧ

8.1 Цепь СВЧ (Тракт СВЧ)

Радиосистемы, работающие в диапазоне 30МГц<f<3000ГГц, можно представить в виде некоторых устройств, соединенных отрезками линий передачи. Часть такой системы, расположенную между начальным и оконечным устройством (например, между антенной и передатчиком или приемником), называют трактом или цепью СВЧ. Тракт СВЧ осуществляет передачу электромагнитной энергии от передатчика к антенне или от антенны к приемнику, обеспечивает требуемый режим работы выходных цепей передатчика или входных цепей приемника, выполняет частотное и поляризационное разделение и объединение передаваемых сигналов и ряд других функций.

Наиболее распространенными элементами СВЧ цепей являются отрезки линий передачи, проходные и стыковочные узлы между линиями различных типов, согласующие и настроечные элементы, сумматоры, делители и ответвители мощности, поляризационные устройства, фильтры, фазовращатели, коммутаторы и переключатели, невзаимные устройства с намагниченным ферритом и др.

Процессы передачи электромагнитных сигналов в цепях СВЧ и в образующих их элементах являются весьма сложными, а для применяемых на практике цепях СВЧ из-за их конфигурационной сложности решение таких   задач практически невозможно. Обычно при построении математической модели цепи СВЧ отрезки линий передачи заменяют отрезками эквивалентной линии, а устройства рассматриваются как многополюсники. Электромагнитные процессы в эквивалентной линии описываются скалярными функциями напряжением  и током , зависящими лишь от продольной координаты z. Для волны Т, распространяющейся в линии без потерь вдоль оси z можно записать

                           , ,                                 (8.1)

где k – коэффициент фазы рассматриваемой волны.

Отношение  /  называют волновым сопротивлением линии. Средняя мощность за период, переносимая волной Т по линии:

                                                                                           (8.2)

В линиях передачи с волнами Е – и Н – типа или смешанными волнами ЕН или НЕ напряжение и ток могут быть выражены через контурные интегралы от поперечных составляющих полей и :

                          │ =                                 (8.3)

где .

                                      │=  

где , .

Электромагнитное поле здесь не является потенциальным, как для Т – волны, поэтому значения функций (z) и (z) определяются неоднозначно, они зависят от выбора контуров интегрирования.

Волновое сопротивление для волны Н₁₀ можно определить по формуле:

                                                                            (8.4)

Изменив форму контура, можно получить другие выражения для z_в, однако во всех случаях она имеет вид:

                                                                                               (8.5)

где А – числовой коэффициент, зависящий от способа вычисления (z) и (z).

При инженерном проектировании цепей СВЧ важно знать отношение волновых сопротивлений соединяемых отрезков линий, а не конкретные их значения. Поэтому коэффициент А значения не имеет.