ФИЛЬТР НА СВЯЗАННЫХ НЕОДНОРОДНЫХ ЛИНИЯХ Российский патент 1997 года по МПК H01P1/20 

Описание патента на изобретение RU2099822C1

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в приемопередающей и контрольно-измерительной аппаратуре для фильтрации полезного сигнала в полосе пропускания и подавления паразитных составляющих сигнала в полосе заграждения.

Известен полосно-пропускающий фильтр (ППФ) с параллельно связанными полуволновыми резонаторами [1] Общим недостатком такой конструкции является наличие на нечетных кратных частотах паразитных полос пропускания (ППП), возникающих из-за многорезонансности секций связанных однородных линий. Это ограничивает протяженность полосы заграждения (ПЗ) фильтра. Использование в фильтрах секций связанных неоднородных линий (СНЛ) обеспечивает подавление ППП в достаточно широком диапазоне частот.

Наиболее близким к изобретению является ППФ, содержащий четвертьволновую секцию СНЛ, у которой на входе линий передач с одной стороны секции наложено условие холостого хода (ХХ), а входы с другой стороны подключаются к подводящей и отводящей линиям передач [2] Волновые сопротивления линий передач и коэффициент связи между ними выбраны таким образом, чтобы высшие нули и полюса элементов матриц сопротивлений четной и нечетной мод z+11

и z-11
совпадали для подавления ППП, а первые нули были разнесены по частотной оси так, чтобы обеспечить требуемые полосу пропускания и уровень пульсации затухания в ней. Принцип действия таких фильтров можно объяснить, если представить их в виде системы связанных резонаторов, у которых паразитные резонансные частоты подавлены нулями коэффициентов связи. Однако фильтр, содержащий одну секцию, обладает малой избирательностью. Избирательность полосно-пропускающего фильтра оценивается коэффициентом прямоугольности характеристики затухания Кп.А по уровню А дБ, равным отношению ширин полос пропускания на уровнях А и Lr, где Lr уровень пульсации характеристики затухания в полосе пропускания. Для прототипа значение Kп.25 равно 8.6, которое получается по характеристике затухания (рис. 49,б) [2] с учетом того, что относительная полоса пропускания w 0,07 и Lr 0.073 дБ.

Известен способ повышения избирательности ППФ путем каскадного соединения нескольких секций. Для высокоизбирательных фильтров это приводит к недопустимому росту потерь в полосе пропускания и увеличению размеров фильтра.

Целью изобретения является увеличение избирательности ППФ с подавленными ППП.

Для достижения поставленной цели дополнительно вводятся четвертьволновые секции на связанных неоднородных линиях. Волновые сопротивления секции выбраны таким образом, чтобы высшие нули и полюса элементов матриц сопротивлений четной и нечетной мод z+11

и z-11
совпадали в целях подавления всех ППП, а первые нули были разнесены по частотной оси так, чтобы обеспечить требуемые полосу пропускания и уровень пульсации затухания в ней. Выбором величин связей СНЛ на входах секций формируются полюса затухания вблизи полосы пропускания фильтра ( одна секция формирует один полюс).

На фиг. 1 изображен фильтр на связанных неоднородных линиях.

Фильтр содержит четвертьволновые секции 1 связанных неоднородных линий. На входы линий передач с одной стороны секций 2 наложено условие холостого хода. Секции каскадно соединяются друг с другом и с подводящей и отводящей линиями передач 3.

Новые признаки, обладающие существенными отличиями:
1. Общее количество секций СНЛ больше одной.

2. Каждая секция формирует свой полюс затухания вблизи полосы пропускания фильтра за счет выбора величины связи СНЛ на входе секции.

Оба признака обуславливают увеличение избирательности ППФ.

Работа устройства заключается в следующем.

Секция СНЛ электрически эквивалента двум последовательным резонаторам, связанным частотно-зависимым инвертором в виде Т-образной схемы. Каскадное соединение секций образует цепочку связанных резонаторов, которая реализует полосно-пропускающий фильтр. Выбором волновых сопротивлений четной и нечетной мод секций СНЛ Z+o

(τ) и Z-o
(τ) как функций времени распространения фронта волны от входных полюсов формируется дополнительный ноль сопротивления инвертора, что и обеспечивает полюс затухания вблизи полосы пропускания, а это приводит к увеличению избирательности.

Рассмотрим четырехполюсник, образованный связанными неоднородными линиями (фиг. 2), симметричный относительно продольной оси X-X'. Полюса четырехполюсника соответствуют входам 1 и 2 линий передач. На входы 3 и 4 наложено условие холостого хода. Назовем такой четырехполюсник секцией СНЛ. Используя известные соотношения [3] можно показать, что матрица сопротивлений секции СНЛ Z имеет вид

где z+11

и z-11
элементы матриц сопротивлений четной и нечетной мод соответственно.

Электрическая схема секции СНЛ определяется на основе матрицы Z путем выделения двух одинаковых последовательных сопротивлений z11, соединенных частотно-зависимым инвертором в виде Т-образной схемы, элементами которой являются сопротивления ±Z12 (фиг. 3).

Зададим сопротивления z+11

и z-11
в виде [4]

где j мнимая единица, R+ и R- коэффициенты уровня сопротивлений, ωo центральная частота полосы пропускания, совпадающая с первым нулем функции ctg(ωt3), ω+ и ω- частоты, на которых образуются нули сопротивлений z+11
и z-11
соответственно (вместо первого нуля на частоте ωo t3 время задержки секции СНЛ. В соответствии с формулами (1) и (2) получаются выражения для сопротивлений Z11 и Z12

В окрестности частоты ωo из соотношений (3) для сопротивлений Z11 и Z12 получаем следующие приближенные выражения

из которых видно, что Z11 и Z12 представляет собой сопротивления последовательных контуров с резонансными частотами wr и ωp соответственно.

Синтез ППФ проводим на основе схемы полосового фильтра на сосредоточенных элементах, состоящего из N последовательных контуров, связанных параллельно подключенными последовательными контурами. На фиг. 4 показан пример схемы трехрезонаторного фильтра. Величины элементов схемы фильтра определяются численными методами по заданным входным параметрам: w относительной полосе пропускания, Lr уровню пульсации характеристики затухания в полосе пропускания, ωpi полюсами затухания (i=1.N-1), Rо сопротивлению генератора и нагрузки [5] Для сопоставления фильтра на сосредоточенных элементах и фильтра на секциях СНЛ в схеме фильтра на сосредоточенных элементах выделяются симметричные секции, состоящие из двух одинаковых последовательных контуров, связанных инвертором на Т-образной схеме с элементами, имеющими как положительные, так и отрицательные величины, как показано на фиг. 5. Эти секции описываются следующими параметрами: ωr и х - резонансной частотой и параметром крутизны сопротивления последовательного контура, ωp резонансной частотой инвертора, на которой его сопротивление равно нулю, К значением сопротивления инвертора на частоте ωo/ Через эти параметры с помощью соотношений (3) и (4) определяются величины, входящие в формулы (2)

Зависимостям сопротивлений z+11

и z-11
от частоты (2) соответствуют следующие распределения волновых сопротивлений четной и нечетной мод секции СНЛ [4]

Величина γ, согласно выражениям (3) и (6), равна коэффициенту связи СНЛ на входе секции. При удалении полюса затухания (ωpo _→ ∞) как видно из соотношений (5), γ = 0, т. е. в этом случае связь СНЛ на входе секции отсутствует, что присуще секции прототипа.

Таким образом, на основе параметров фильтра на сосредоточенных элементах и выражений (5) и (6) синтезируется фильтр на секциях СНЛ, имеющий полюса затухания вблизи полосы пропускания, за счет выбора величин связей СНЛ на входах секций.

Рассмотрим примеры ППФ на двух и четырех секциях СНЛ. Входные параметры имеют следующие значения: w 0,07, Lr=0,073 дБ. Параметры фильтров на сосредоточенных элементах и фильтров на СНЛ приведены в таблице.

На фиг. 6 приведены зависимости Z+o

(τ) и Z-o
(τ) а на фиг. 7 и 8 характеристики затухания в полосах заграждения и пропускания для двухсекционного ППФ. На фиг. 9 приведены зависимости Z+o
(τ) и Z-o
(τ), а на фиг. 10 и 11 характеристики затухания в полосах заграждения и пропускания для четырехсекционного ППФ. Как видно из фиг. 7 и 10, фильтры на СНЛ обеспечивают подавление всех ППП, причем уровень подавления постоянен. Для сравнения пунктирной линией на фиг. 8 и 11 показаны характеристики затухания фильтров, у которых полюса затухания расположены далеко от полосы пропускания. Фильтры с полюсами затухания, расположенными близко к полосе пропускания, будем называть фильтрами с ближними полюсами затухания, а фильтры, у которых полюса затухания удалены от полосы пропускания, будем называть фильтрами с дальними полюсами затухания.

Как отмечалось выше, для фильтра на одной секции (прототипа) Кп.25 равен 8,6. Добавление второй секции с дальними полюсами затухания приводит, как видно из фиг. 8, к уменьшению Кп.25 до 3,3 (в 2,6 раза). Использование секций с ближними полюсами затухания уменьшает Кп.25 до 2,5, т.е. еще в 1,4 раза.

Для четырехсекционного фильтра использование секций с ближними полюсами затухания вместо секций с дальними полюсами затухания приводит к незначительному уменьшению Кп.25, поэтому сравнение проведем на уровне 60 дБ (см. фиг. 11). Кп.60 равен 2,5 для фильтра с ближними полюсами затухания и 3,5 с дальними полюсами затухания, т.е. коэффициент прямоугольности уменьшился в 1,4 раза.

Таким образом, подключение к односекционному фильтру (прототипу) дополнительной секции (без ближних полюсов затухания) уменьшает Кп.25 с 8,6 до 3,3, а применение секций с ближними полюсами затухания дополнительно уменьшает Кп.25 до 2,5. Использование секций с ближними полюсами затухания в четырехсекционном фильтре приводит к уменьшению Кп.60 с 3,5 до 2,5 (в 1,4 раза).

Источники информации
1. Маттей Д. Л. Янг Л. Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и связи. М. Связь, т. 2, 1972, с. 62, рис. 10.02.1.

2. Козловский В.В. Сошников В.А. Бычковский П.М. и др. Синтез устройств СВЧ на неоднородных линиях. К. Техника, 1991, c. 92, рис. 49 (прототип).

3. Альтман Дж. Устройство СВЧ: Пер. с англ. Под ред. И.Д. Лебедева. М. 1968.

4. Литвиенко О.Н. Сошников В.И. Теория неоднородных линий и их применение. М. Сов. радио, 1964.

5. Трифонов И.И. Расчет электронных цепей с заданными частотными характеристиками. М. Радио и связь, 1988.

Похожие патенты RU2099822C1

название год авторы номер документа
ФИЛЬТ СВЧ НА НЕОДНОРОДНЫХ ШЛЕЙФАХ 1995
  • Аганин А.Г.
  • Бердышев В.П.
RU2099823C1
ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКАЯ РЛС 1995
  • Богданов А.В.
  • Чистилин А.Ю.
RU2084921C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ УЗКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА 1997
  • Васильев О.В.
  • Голубенко В.А.
  • Киселев В.В.
  • Макаев В.Е.
  • Щекотилова С.Н.
  • Щекотилов В.Г.
RU2117306C1
ЦИФРОВОЙ БЛОК ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ 1995
  • Богданов А.В.
  • Васильев О.В.
  • Щекотилов В.Г.
  • Черных М.М.
RU2080618C1
УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ ДВУХЧАСТОТНЫМ СПОСОБОМ 1996
  • Митрофанов Д.Г.
  • Жигунов П.А.
  • Бондарев Л.А.
RU2114443C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ РАКЕТОЙ КЛАССА "ВОЗДУХ-ВОЗДУХ" И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1995
  • Богданов А.В.
  • Филонов А.А.
RU2099665C1
СЛЕДЯЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ СБЛИЖЕНИЯ 1995
  • Богданов А.В.
  • Калинкин В.А.
  • Черных М.М.
RU2087007C1
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ С ИНВЕРСНЫМ СИНТЕЗИРОВАНИЕМ АПЕРТУРЫ 1997
  • Митрофанов Д.Г.
RU2129286C1
РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ СОСТАВА ЦЕЛИ 1996
  • Ермоленко В.П.
  • Митрофанов Д.Г.
RU2095827C1
УСТРОЙСТВО РАДИОЛОКАЦИОННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ПОМЕХ 1998
  • Митрофанов Д.Г.
  • Ермоленко В.П.
  • Сафонов А.В.
  • Идрисов И.И.
RU2139552C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 099 822 C1

Реферат патента 1997 года ФИЛЬТР НА СВЯЗАННЫХ НЕОДНОРОДНЫХ ЛИНИЯХ

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в приемопередающей и контрольно-измерительной аппаратуре для фильтрации полезного сигнала в полосе пропускания и подавления паразитных составляющих сигнала в полосе заграждения. Фильтр на связанных неоднородных линиях содержит четвертьволновые секции 1 связанных неоднородных линий. На выходы линий передач с одной стороны секций 2 наложено условие холостого хода. Секции каскадно соединяются друг с другом и с подводящей и отводящей линиями передач 3. С целью повышения избирательности фильтра величины связей связанных неоднородных линий на входах секций выбираются так, чтобы каждая секция сформировала свой полюс затухания вблизи полосы пропускания фильтра. 11 ил.

Формула изобретения RU 2 099 822 C1

Фильтр на связанных неоднородных линиях, содержащий четвертьволновую секцию связанных неоднородных линий, на входы которых с одной стороны секции наложено условие холостого хода, а входы с другой стороны соединяются с подводящей и отводящей линиями передач, при этом волновые сопротивления секции выбраны такими, чтобы высшие нули и полюса элементов матриц сопротивлений четной и нечетной мод z+11

и z-11
совпадали для подавления паразитных полос пропускания, а первые нули были разнесены по частотной оси так, чтобы обеспечить требуемые полосу пропускания и уровень пульсации затухания в ней, отличающийся тем, что дополнительно вводятся четвертьволновые секции на связанных неоднородных линиях, каскадно соединенные с исходной секцией и одна с другой, при этом величины связей связанных неоднородных линий на входах исходной и дополнительных секций выбираются такими, чтобы каждая секция сформировала свой полюс затухания вблизи полосы пропускания фильтра.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2099822C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Маттей Д.Л
и др
Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи
- М.: Связь, т.2, 1972, с.62
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Козловский В.В
и др
Синтез устройств СВЧ на неоднородных линиях
- Киев: Тэхника, 1991, с.92.

RU 2 099 822 C1

Авторы

Аганин А.Г.

Даты

1997-12-20Публикация

1996-02-08Подача