ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЛЬТРА ГАРМОНИК НА ОСНОВЕ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ВОЛНОВОДА С ИМПЕДАНСНЫМИ СТЕНКАМИ

February 11, 2013 by admin Комментировать »

Логачева Л. М., Куцак С. В., Бондарев В. П. Запорожский национальный технический университет ул. Жуковского, д. 64, Запорожье, 69063, Украина тел.: +38(0612)643281, e-mail: dimlog@zntu.edu.ua

Аннотация – Проведен расчет характеристик фильтра гармоник на основе прямоугольного волновода с импеданс- ними стенками, образованными боковыми цилиндрическими волноводами, связанными с прямоугольным волноводом через отверстия в узких стенках. В общем случае, импеданс стенки является комплексным, что позволяет учитывать потери в рассматриваемом фильтре.

I.                                       Введение

в настоящее время, возрастание мощности находящихся в эксплуатации радиоэлектронных средств, увеличение их числа значительно затрудняет решение проблемы электромагнитной совместимости. Кроме полезной мощности в пределах рабочей полосы частот, происходит значительное внеполосное излучение [1]. Современные методы генерации и модуляции не позволяют полностью избавиться от внеполосного излучения. Дальнейшее ослабление этого излучения может быть достигнуто применением соответствующей системы фильтров.

Математически задача оптимизации характеристик фильтра сводится к расчету матрицы рассеяния стыков регулярного и нерегулярного участка волновода с импедансными стенками. Решение проводится методом сшивания [2]. При решении задачи для волновода с импедансными стенками получено дисперсионное уравнение относительно поперечных волновых чисел. Это позволило записать поле по собственным функциям в нерегулярной части и решить задачу дифракции.

II.                              Основная часть

Рассмотрим прямоугольный волновод, в котором узкие стенки имеют соответственно импедансы

2   о . Введем прямоугольную систему координат,

начало которой совпадает с одной из вершин прямоугольника, за направление распространения волны выберем ocbz. Примем следующие обозначения: а- размер широкой стенки основного волновода, в – размер узкой стенки основного волновода. Считаем, что в волноводе распространяются волны типа НтоПрименяя граничное условие для широких стенок

В полосе пропускания импедансы реактивные, т- е. Z = JX , Z ° = jX ° и дисперсионное уравнение принимает вид [3,4]:

I

В этом случае величина У х является действительной. В полосе заграждения импедансы комплексные и решение (1) приводит к комплексным Y х .

Для волновода с одной узкой импедансной стенкой уравнение (2) упрощается и при х°=о. принимает вид:

(3)

Решение последнего уравнения можно проводить как численно, так и графически.

Полученные уравнения (1) и (2) описывают дисперсионные свойства волновода с двумя импедансными стенками и позволяют получить весь спектр типов волн.

Задачу дифракции волны Ню на стыке регулярного и нерегулярного волновода конечной длины I решаем методом сшивания, для чего записываем поля в различных областях фильтра: в регулярном волноводе при ζ < О

и граничное условие для узких стенок:

где п – нормаль, направленная в глубь импедансной стенки, получаем дисперсионное уравнение относительно поперечного волнового числа:

гденормированные               волновые     числа,

Z Р , Z V ■ нормированные импедансы узких стенок.

– собственные функции нерегулярного волновода,

–                  поперечное волновое число,

продольное волновое число.

В рассмотренном варианте проекционного метода поля, представленные базисными функции регулярного и нерегулярного волноводов, сшиваются на стыках этих волноводов. В результате получается система функциональных уравнений. Учитывая ортогональность собственных функций регулярного волновода от системы функциональных уравнений можно перейти к бесконечной системе линейных неоднородных алгебраических уравнений второго рода

После преобразований, полученная система решается методом редукции. Это позволяет определить основные параметры фильтра: коэффициент отражения и прохождения, а также затухание. На рис.1 приводятся графики зависимости затухания фильтра от частоты для различных радиусов боковых волноводов.

Рис. 1. Затухание фильтра при различных значениях радиусов боковых волноводов.

Fig. 1. Filter attenuation at different values of lateral waveguide radii

Ml. Заключение

В настоящей работе методом сшивания получено решение задачи дифракции основной волны Ню на стыке регулярного и не регулярного волноводов. При решении задачи на собственные значения для волновода с импедансной стенкой получено дисперсионное уравнение относительно поперечного волнового числа, которое позволило записать поле в нерегулярной части.

В результате численного решения дисперсионного уравнения получены зависимости постоянных распространения нерегулярного волновода в широком диапазоне изменения поверхностного импеданса и частоты вплоть до третьей гармоники..

Расчеты показывают, что в такой структуре возможно распространение как объемных (быстрых) волн, так и поверхностных (медленных) волн. Количество распространяющихся волн и частота их отсечки существенно зависит от величины и характера реактивности поверхностного импеданса.

Решение дифракционной задачи позволяет оптимизировать характеристики фильтра. В результате расчетов установлены зависимости основных параметров фильтра от величины комплексного импеданса и вида его реактивности. Вычислены потери энергии в широкой полосе частот, включающей первые три гармоники. Показано (рис. 1), что максимальные потери (более 20 дБ) приходятся на вторую гармонику.

IV.                            Список литературы

[1] Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи / Под ред. В. И. Кравченко.- М.: Радио и связь, 1987.

[2] Вычислительные методы в электродинамике / Под ред. Р. Митры.-М.: Мир. 1977.

[3] Логачева Л. М., Бондарев В. П. Собственные волны прямоугольного волновода с импедансными узкими стенками. Радиэлектроника. Информатика. Управление., 2002, №2.

[4] Логачева Л. М., Бондарев В. П. Распространение электромагнитных волн в прямоугольном волноводе с нерегулярной узкой стенкой. Радиотехника: сб. статей. Вып. 135-Харьков, 2003.

OPTIMIZATION OF HARMONIC FILTER PERFORMANCE ON THE BASIS OF A RECTANGULAR WAVEGUIDE WITH IMPEDANCE WALLS

Logacheva L. М., KutsakS. V., Bondarev V. P.

Zaporizhzhia National Technical University 64 Zhukovsky Str, Zaporizhzhia, 69063, Ukraine Ph.: +38 (0612) 643281, e-mail: dimlog@zntu.edu.ua

Abstract – The performance of a harmonic filter has been calculated on the basis of a rectangular waveguide with impedance walls formed by lateral cylindrical waveguides coupled to the rectangular waveguide through edge slots. In the general case, the wall impedance is complex, which allows for losses to be taken into account in this filter.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты