Волноводный полосовой фильтр пропускает заданный диапазон и ослабляет нежелательные частоты ниже и выше него. Во многих конструкциях используются связанные резонаторные полости и элементы связи. Размеры и связи вместе определяют центр, полосу, отражение и подавление.
Отличие от однородного волновода
У однородного волновода есть частота отсечки каждой моды. Возможность распространения выше неё не создаёт автоматически нужную верхнюю полосу задерживания. Для этого проектируют резонансные области и их связи.
Полости запасают электрическую и магнитную энергию. Диафрагмы, отверстия и другие элементы связывают их между собой и с портами. Могут применяться штыри, гребни или диэлектрики. Не каждый фильтр состоит из пяти серебряных колец или трансформаторов λ/4.
Как формируется характеристика
Несколько резонансов создают непрерывную полосу пропускания. Порядок и тип характеристики влияют на крутизну, неравномерность и групповую задержку. Перекрёстные связи в подходящей конструкции могут создавать нули передачи.
Многие пассивные фильтры преимущественно отражают подавляемую мощность, а не поглощают её как нагрузка. Поэтому предшествующий каскад проверяют с учётом отражения.
Что требуется в спецификации
| Параметр | Условия |
|---|---|
| Полоса пропускания | Границы и допустимые потери. |
| Вносимые потери | Максимум, температура и плоскости. |
| Отражение | Вход, выход и диапазон. |
| Подавление | Конкретные частоты или интервалы. |
| Групповая задержка | Изменение в полезном сигнале. |
| Эксплуатация | Средняя и пиковая мощность, давление и температура. |
Полоса по уровню 3 dB не равна полосе с потерями не более 0,5 dB. Для подавления 40 dB нужны частоты проверки. Относительная полоса 1–10% не обязательна для каждого изделия.
Пример ширины полосы
При границах 9,75 и 10,25 GHz и арифметическом центре 10 GHz абсолютная ширина равна 0,50 GHz, относительная — 5%.
Этого недостаточно для определения размеров и потерь. До электромагнитного проектирования задают форму отклика, неравномерность, добротность резонаторов, внешнюю добротность и коэффициенты связи.
Одинаковый поворот всех винтов не является универсальным способом перестройки. Регулировка должна соответствовать модели и выполняться с корректно откалиброванным измерением.
Температура и изготовление
Тепловое расширение меняет резонансные размеры. Материалы, крепление, градиенты и компенсация определяют дрейф. Единого значения MHz/°C для всех фильтров нет.
Поверхность, покрытие, окна и сборка влияют на потери и связи. Вакуум и радиация требуют отдельных условий: металлическая конструкция сама по себе не означает квалификацию для космоса.
Измерение анализатором цепей
- Определить плоскости калибровки и учёт переходов.
- Проверить фланцы, соосность и установленную затяжку.
- Измерить S21 в нужных полосах пропускания и задерживания.
- Проверить S11 и S22.
- Добавить необходимые испытания задержки, температуры и мощности.
В обычных условиях пассивного двухпортового элемента с потерями S21 в dB отрицателен; положительная величина потерь соответствует противоположному знаку при подходящих отсчётах. Глубокое подавление требует проверки динамического диапазона и обходных путей сигнала.
Волновод и поверхностные акустические волны
ПАВ-фильтр использует акустические волны на подложке, а не такие же электромагнитные полости. Слово «полосовой» описывает общую функцию, но не делает технологии и изделия взаимозаменяемыми.
Совместимый интерфейс WR не гарантирует требуемую кривую. Одна точка малых потерь не описывает весь спектр: проверяйте также значимые паразитные полосы пропускания.
Источники: основы фильтров и волноводные интерфейсы Dolph Microwave. Выбор опирается на полную характеристику и реальное применение.
