Одна из основных проблем полосковых фильтров, обусловленная ограниченной добротностью печатных резонаторов, состоит в получении малых потерь при узкой полосе пропускания. Поиски путей решения этой задачи привели к разработке фильтров с использованием объемных высокодобротных резонаторов (диэлектрических и ферритовых, см. § 10.4), которые включаются в разрыв проводника полосковой линии. При увеличении числа последовательно включенных в полосковую линию объемных резонаторов возможно расширение полосы пропускания, повышение избирательности; при этом для исключения нежелательных провалов в частотной характеристике центральные частоты резонаторов должны отличаться не более, чем на половину ширины их индивидуальных полос пропускания. Форма частотной характеристики фильтра во многом определяется элементами связи резонаторов и расположение их относительно проводника полосковой линии. Резонансная частота в большей степени зависит от степени связи резонатора с полосковой линией. Поскольку добротность диэлектрических резонаторов примерно на порядок выше добротности микрополосковых резонаторов, фильтры с такими объемными резонаторами могут иметь узкие (А /о1%) полосы пропускания.

Режекторные- фильтры (РФ) (или полосно-заграждающие фильтры ПЗФ). В гл. 7 была приведена схема прототипа режек-торного фильтра (рис. 7.45,6). Теперь посмотрим, как от этой схемы можно перейти к полосковому режекторному фильтру. Параллельный резонансный контур, включенный в схеме рис. 7.45,6 последовательно, эквивалентен четвертьволновому отрезку полосковой линии передачи, а последовательный резонансный контур, включенный параллельно, можно представить (см. рис. 3 табл. 10.3) в виде короткого отрезка линии длиной h с высоким волновым сопротивлением (эквивалент индуктивности) и короткого разомкнутого на конце шлейфа длиной U с низким волновым сопротивлением (эквивалент емкости). В результате схема полоскового РФ примет вид, показанный на рис. 10.25. Режекторные фильтры

Рис. 10.25. Топология полошо-заАраждающего фильтра

подобно полосовым фильтрам могут быть реализованы на основе ферритовых или диэлектрических резонаторов высокой добротности и отличаются от ПФ способом включения резонаторов в линию - на некотором расстоянии от полоскового проводника ли-

НИИ или наложением а него. При сближении резонатора с проводником величина максимального затухания в полосе заграждения и полоса резонатора растут.

10.7. ПОЛОСКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ

Кольцевые направленные ответвители. На рис. 10.26 показана схема кольцевого направленного ответвителя длиною (3/2) Хв- В этой схеме имеет место режим стоячей волны. Сигнал, поданный, например, на вход /, разделяется, и волны напряжения прюходят по двум путям вдоль кольца. Так как отрезки кольца имеют определенную длину, эти волны оказываются синфазными в местах подсоединения плеч 2 я 3, где они, складываясь, проходят в эти плечи.

Рис. 10.26. Топология кольцевого моста длиною ЗЛ,в/2

Рис. 10.27. Конструкция кольца длиною Хв на связанных линиях

Нетрудно убедиться в том, что в этом случае волны напряжения в месте подсоединения плеча 4 оказываются в противофаэе, где они вычитаются и не проходят в плечо 4. Итак, мы выяснили, что в данной схеме кольцевого направленного ответвителя входной сигнал поступает в смежные (относительно входного) плечи и не проходит в противоположное (несмежное) плечо.

Расчет кольцевого направленного ответвителя, симметричного относительно оси YY, может быть произведен с помощью метода зеркальных отображений, описанного в § 10.5.

В наиболее распространенном гибридном кольце, имеющем равное деление мощности в выходных плечах [46],

где Zb - волновое сопротивление подводящих линий; Zk - волновое сопротивление кольца. По уровню развязки 30 дБ и переходного ослабления 3,2 дБ полоса частот гибридного кольца со-

ставляет --25%. Ограничение полосы частот обусловлено в основном наличием в кольце отрезка линии длиною (3/4) Хв между плечами 3 я 4. Ъ связи с этим возникла идея замены этого отрезка на отрезок линии длиной Хв/А, а недостающий при этом фазовый сдвиг 180° обеспечивают включением частотно-независимого фазовращателя. Такое кольцо с опрокидыванием фазы [46] общей длиной Хв (рис. 10.27) по своим свойствам аналогично кольцу длиной (3/2) Хв. Однако отличительными его особенностями является частотная независимость параметров развязки и деления мощности. На практике полоса пропускания кольца длиною (3/2) Хв составляет 20%. а полоса пропускания кольца длиною Xs равна примерно октаве.

Приведенные выще соотношения были справедливы для идеальных кольцевых схем. На практике в ИС СВЧ кольцевые ответвители работают с неидеально согласованными нагрузками, а также при наличии нерегулярностей и потерь в печатной линии передачи. Кроме того, имеется определенный конструкторско-тех-нологический разброс геометрических размеров схемы и диэлектрических параметров подложки.

Отметим некоторые особенности работы кольца длиною (3/2) Яв при подключении к его плечам 2, 3, 4 несогласованных нагрузок с комплексными коэффициентами отражения Гь Гг, Гз, Г4. При равенстве коэффициентов отражения нагрузок двух противоположных выходов кольца развязка двух других выходов теоретически идеальна. Рассогласование нагрузок, подключенных к смежным (относительно входа) полюсам кольца, оказывает влияние на согласование входа, развязку, рабочее затухание и переходное ослабление.

Имеющиеся технологические допуски на ширину проводника, на диэлектрическую проницаемость и толщину подложки приводят к отклонению величины волнового сопротивления относительно номинального значения, что, в свою очередь, вызывает ухудшение основных характеристик ответвителя.

В кольцевых направленных ответвителях часто необходимо учитывать нерегулярности типа Т-соединений (см. § 10.3) в местах сочленений подводящих линий с кольцом. Их влияние особенно существенно в коротковолновом диапазоне, когда линейные

,У/А

У/Ш/

Рис. 10.28. Топология кольцевого ответвителя длиной ЗЯв/2 с отрезка-<!ш меандровых лшшй