Электромагнитно связанные линии передачи и их применение в антенных системах, страница 8

Здесь  Следует обратить внимание на нумерацию плеч и обозначения токов и напряжений (рис. 2.2), соответствующих уравнениям итоговой системы в [z]-параметрах.

2.2.  Направленные фильтры новой структуры

с экранированными фрагментами

Направленные фильтры (НФ) бегущей волны являются элементной базой многоканальных частотно-разделительных устройств (частотных мультиплексеров) [11] и представляют собой классический восьмиполюсник с направленностью 2-го типа. Это означает, что НФ обеспечивает полную передачу энергии источника сигнала первичной линии в одну из нагрузок вторичной линии, причем частотная характеристика затухания из-за наличия между взаимодействующими линиями одного или нескольких кольцевых проводников имеет полосно-пропускающую форму. Однако при полосковой и микрополосковой реализациях таких фильтров из-за невозможности синхронного изменения ширины (собственной погонной емкости) и зазора (взаимной погонной емкости) между линиями направленных ответвителей, связывающих кольцевые резонаторы, существенно затруднена регулировка их параметров, необходимая для компенсации неизбежного влияния конструкторско-технологических допусков. В значительной мере преодолеть отмеченную трудность можно в структурах, где определяющим является лишь один из факторов, лучше – собственная емкость линий, которая допускает сравнительно простую регулировку как механически (подстроечные винты, клинья, пьедесталы), так и электрически (варикапы, коммутационные диоды).

Цель настоящего подраздела – проанализировать, а затем синтезировать новые направленные фильтры, кольцевой проводник которых обеспечивает полную экранировку взаимодействующих линий от корпуса и формирует их электромагнитную связь при сравнительно простых конструкторско-технологических приемах ее регулировки (подстройки) за счет изменения только собственных погонных емкостей участков кольцевого проводника.

Несмотря на то, что реальные конструкции фильтров будут выполняться с соблюдением норм и требований полосковых микросхем [41], целесообразно провести заявленный анализ на более наглядной «коаксиально-стержневой» модели (рис. 2.3), где замкнутый объемный проводник толщиной , имеющий различную ширину противоположных сторон , размещен в корпусе фильтра с относительной диэлектрической проницаемостью среды  и расстоянием   между заземленными пластинами. В теле проводника по сторонам размером  уложены коаксиальные кабели с относительной диэлектрической проницаемостью   и волновым сопротивлением , центральные жилы которых вне проводника присоединены к подводящим линиям с волновым сопротивлением  (на рис. 2.3 не показаны), образующим рабочие плечи 1 – 4 фильтра-восьмиполюсника. Геометрические размеры  однозначно определяют волновые сопротивления  участков замкнутого экранирующего проводника в среде  .

Анализ фильтра проводится методом зеркальных изображений [3], согласно которому элементы  его симметричной матрицы рассеяния  определяются как:

             (2.8)

где  – элементы симметричных матриц рассеяния  четырехполюсников, соответствующих синфаз-

Рис. 2.3

ному (индекс (++) и противофазному (индекс (+–)) возбуждению трактов 1  3  и 2  4, когда в плоскости симметрии Q (рис. 2.3) «устанавливаются» магнитная или электрическая стенки соответственно. В результате структурные схемы четырехполюсников с нумерацией плеч 1 , 2  примут вид согласно рис. 2.4 (а – синфазное, хх – холостой ход шлейфов; б – противофазное возбуждение, кз – короткое замыкание шлейфов), где корпус фильтра показан одним возвратным проводом.

Рис. 2.4

В представленных четырехполюсниках имеется полностью экранированный от корпуса фрагмент, поэтому для определения матриц рассеяния  целесообразно воспользоваться предложенным в работе [36] принципом «вертикальной» декомпозиции и сформировать эквивалентные схемы замещения в виде нетрадиционного для диапазона СВЧ последовательного соединения четырехполюсников (рис. 2.5), описав каждый из них следующими матричными соотношениями: