Современная электроника №9/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 53 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 Рис. 2. Векторные диаграммы сигналов на входе и выходе НО при закороченных на землю плечах 3 и 4 (режим к.з.) Рис. 3. Схема режекторного фильтра поглощающего типа с использованием двух одинаковых полосовых фильтров да 4 волна W4 разделяется идеальным НО на две волны W14 и W24 c равны- ми и уменьшенными на 3 дБ амплиту- дами, причём фаза W24 повёрнута на 90° относительно фазы W4, тогда как фаза W14 совпадает с ней. На выходе 2 синфазные волны W23 и W24 сум- мируются, а на входе 1 противофаз- ные волны W13 и W14 взаимно ком- пенсируют друг друга. Таким образом, поступающая на вход 1 волна после переотражений на выходах 3 и 4 без потерь проходит на выход 2 со сдви- гом фазы, показанным на рис. 1. Необ- ходимым условием для этого является одинаковость коэффициентов отра- жения (в данном случае +1 для режи- ма х.х.) нагрузок, подключённых к выходам 3 и 4. Заметим также, что при таком режиме отражённая вол- на на входе 1 отсутствует. Рассмотрим далее случай, когда пле- чи 3 и 4 гибридного 3 дБ НО закоро- чены на землю. Векторные диаграммы сигналов для этого состояния приве- дены на рис. 2. Все вышеперечислен- ные соображения справедливы также и для этого варианта. Необходимо толь- ко заметить, что фаза W3 теперь будет противоположна фазе W31, а фаза W4 теперь будет противоположна фазе W41 (коэффициент отражения волны от закороченной нагрузки равен –1). Так же, как и в рассмотренном выше примере, поступающая на вход 1 волна после переотражений на выходах 3 и 4 без потерь проходит на выход 2 теперь уже со сдвигом фазы Δ ∅ = 180° (проти- воположным тому, что имел место при режиме х.х.). Указанная характерная особенность гибридного 3 дБ моста широко исполь- зуется при создании фазовых манипу- ляторов, аналоговых фазовращателей, фазовых модуляторов и прочих СВЧ- устройств. В случае, когда к плечам 3 и 4 НО подключены согласованные нагрузки, энергия волныW1 на выход 2 не посту- пает, так как полностью поглощается нагрузками. Отражённая волна на вхо- де 1, как и во всех рассмотренных выше случаях, будет отсутствовать. Условием отсутствия отражённой волны на вхо- де 1 в общем случае является наличие идеальной согласованной нагрузки на выходе 2, одинаковость комплексных нагрузок в плечах 3 и 4, а также одина- ковость отрезков линий передачи (дли- на и волновое сопротивление), кото- рыми нагрузки подключаются к этим плечам. С учётом вышеизложенного схема режекторного фильтра поглощающе- го типа на основе двух одинаковых полосовых фильтров будет выглядеть так, как показано на рис. 3, где PBF (band-pass filter) – полосовой фильтр, L – длина соединительной линии меж- ду 3 дБ НО и фильтром, Z o – волновое сопротивление соединительной линии, R – согласованная нагрузка. Обычно Z o = R = 50 Ом. Однако режекторный фильтр по схеме рис. 3 на практике применяет- ся редко. Причина этого заключает- ся в необходимости использования двух полосовых фильтров с одинако- выми частотными характеристиками в полосах пропускания и задержания. Необходимо также, чтобы характери- стики фильтров одинаково изменя- лись в рабочем температурном диа- пазоне. Вот почему во многих случаях более предпочтительным выглядит режекторный фильтр отражательного типа, принцип работы которого ста- новится понятным при рассмотрении векторной диаграммы, изображённой на рис. 4. Как и в ранее рассмотренных случа- ях, волна W1 образует на выходах плеч 3 и 4 две волны W31 и W41, распро- страняющиеся в перемычке в проти- воположных направлениях. Эти волны имеют равные амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°. Теперь волной возбуждения для плеча 3 (W3) является волна W41, а для плеча 4 (W4) – волна W31. Волны W3 и W4 создают на входе и выходе НО волны W13, W14 и W23, W24 соответ- ственно. Результат суммирования этих волн таков, что в плече 2 (на выходе НО) волна отсутствует, а вся энергия поступающей волныW1 возвращается в плечо 1 в качестве отражённой вол- ны. В общем случае перемычка между плечами 3 и 4 НО представляет собой линию с определённой длиной и вол- новым сопротивлением. Суперпози- ция бегущих волн W41 и W31 равной амплитуды образует в этой линии стоячую волну, что, впрочем, никак не сказывается на результате сумми- рования волн W23 и W24, которые по-прежнему будут взаимно ком- пенсироваться на выходном плече 2. Волны W13 и W14 также будут сум- мироваться в фазе на входе 1. Однако теперь суммарный вектор отражённой волны будет сдвинут на угол, завися- щий от электрической длины соеди- нительной перемычки, с сохранением прежней величины модуля коэффици- ента отражения по входу 1. С учетом вышеизложенного отража- тельный режекторный фильтр на базе полосового фильтра и 3 дБ НО будет выглядеть так, как показано на рис. 5 [2]. Действительно, в полосе пропуска- ния идеальный BPF без потерь экви- валентен отрезку длинной линии, что соответствует векторной диаграмме рис. 4, а в полосе задержания работа схемы будет соответствовать вектор- W1 W2 3 4 1 2 3 dB 90° 0° W23 W24 W13 W14 W31 (W3) (W4) (W41) + + = = 0 3 4 1 2 R BPF BPF R L, Z 0 L, Z 0 3 dB