ПОЛОСНОПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР СВЧ Российский патент 2004 года по МПК H01P1/208 H01P7/10 

Изобретение относится к электронике СВЧ и, более конкретно, к области полосовых фильтров СВЧ.

Известен узкополосный фильтр СВЧ на диэлектрических резонаторах, экранированных отрезками круглого запредельного волновода [1]. Он состоит из ряда последовательно связанных друг с другом цилиндрических камер, содержащих соосные диэлектрические резонаторы. Связь между резонаторами осуществляется с помощью отверстий в боковых цилиндрических стенках камер. Настройка необходимых величин связей осуществляется перемещением винта в отверстии или поворотом диафрагмы с отверстием. Такая конструкция фильтра может обеспечить достижение хороших параметров в рабочей полосе пропускания и большое затухание вне ее, то есть практическое отсутствие в широкой полосе частот паразитных полос пропускания. Однако этой конструкции присуща излишняя сложность. Сложность связана с необходимостью экспериментального подбора нескольких критичных для связи между резонаторами геометрических параметров: диаметра камер, толщины стенок между ними и геометрии отверстий. Подвижные элементы узлов связи между резонаторами находятся в области высокой концентрации электрического поля СВЧ, что неизбежно ведет к дополнительным потерям энергии в них.

Известен полосно-пропускающий фильтр с диэлектрическими резонаторами [2] - прототип изобретения. Фильтр состоит из прямоугольного запредельного волновода, вдоль оси которого последовательно размещены диэлектрические резонаторы. Крайние резонаторы связаны антеннами с внешними цепями. Связи между резонаторами, а также между резонаторами и антеннами регулируются винтами, вводимыми в соответствующие зазоры параллельно антеннам. В конструкцию введены также винты “подавления мод” для снижения связи между резонаторами на высшем типе колебаний диэлектрических резонаторов, электрическое поле которых перпендикулярно возбуждающим антеннам. Эти винты вводятся в зазоры между резонаторами перпендикулярно антеннам. В этом фильтре обеспечиваются хорошие параметры в рабочей полосе пропускания и эффективно давится паразитная полоса пропускания, соответствующая высшему типу колебаний диэлектрических резонаторов. Однако, как известно [3], в фильтрах такого типа могут возникать паразитные резонансы “волноводно-диэлектрического” типа, связанные с локальными неоднородностями, такими как антенны, держатели резонаторов, винты, несимметричности резонаторов и т.п. Фильтр-прототип обеспечивает довольно большое затухание сигнала на частотах паразитных полос пропускания, связанных с такими резонансами, - на несколько десятков дБ выше, чем в рабочей полосе. Однако эти паразитные полосы могут возникать вблизи рабочей полосы - ближе резонанса колебания высшего типа диэлектрического резонатора, существенно нарушая характеристику фильтра в полосе запирания. Кроме того, введение металлических штырей между резонаторами неизбежно искажает связи между ними и на частотах рабочей полосы пропускания, а также изменяет их резонансные частоты, что требует многошаговой настройки фильтра методом последовательных приближений с необходимостью подстраивать несколько параметров: связи между резонаторами на рабочем типе колебания, их резонансные частоты, а также подавление паразитной полосы пропускания.

Перед авторами стояла задача создания полосно-пропускающего фильтра СВЧ с малыми потерями в рабочей полосе и большим затуханием в полосе запирания, простого в разработке и настройке.

Заявляемое изобретение обеспечивает подавление паразитной полосы фильтрации, расположенной вблизи рабочей полосы фильтра, без искажения характеристик в рабочей полосе.

Предлагается полосно-пропускающий фильтр СВЧ, содержащий запредельный волновод, в котором расположены две антенны, размещенные между ними диэлектрические резонаторы, а также проводящий штырь, который размещен за пределами отрезка волновода, включающего в себя все диэлектрические резонаторы и антенны фильтра, и расположен вблизи антенны, причем проводящий штырь выполнен с возможностью перемещения вдоль своей оси.

Запредельный волновод полосно-пропускающего фильтра СВЧ является прямоугольным.

Проводящий штырь полосно-пропускающего фильтра СВЧ расположен перпендикулярно антенне. Он может быть выполнен, например, в виде металлического винта.

Антенны полосно-пропускающего фильтра СВЧ выполнены в виде отрезка микрополосковой линии или коаксиального штыря.

В запредельном волноводе установлены элементы подстройки частоты диэлектрических резонаторов, выполненные в виде винтов, установленных над диэлектрическими резонаторами.

Влияние проводящего, например металлического, штыря, расположенного вблизи антенны вне области взаимодействия ее с диэлектрическими резонаторами, на величину прохождения электромагнитных волн в паразитной полосе пропускания (фильтрации) объясняется следующим образом.

Поля электромагнитных колебаний “волноводно-диэлектрического” типа, за счет которых возникают паразитные полосы пропускания фильтра, имеют в качестве основной гармонической компоненты собственную волну волновода с низшей частотой отсечки (испытывающую при распространении наименьшее запредельное затухание). Частота отсечки F_min для низших собственных волн прямоугольного волновода с электрическим полем, перпендикулярным стороне сечения длиной а, определяется выражением F_min=c/(2a), где с - скорость света.

Сторона сечения прямоугольного волновода, параллельная основаниям диэлектрических резонаторов, как правило, длиннее его второй стороны - для обеспечения высокого запредельного затухания для волноводных волн, возбуждаемых антеннами и резонаторами. Следовательно, паразитные связи между антеннами осуществляются в основном волнами с электрическим полем, перпендикулярным антеннам. Для возбуждения антенн такими волнами необходимо нарушение симметрии в расположении антенн относительно стенок волновода и резонаторов. Такие нарушения - как случайные, так и конструктивно обусловленные - имеются практически всегда. Однако они относительно малы, и их можно скомпенсировать проводящим штырем, расположенным вблизи антенны (например, перпендикулярно ей) вне области взаимодействия антенн и резонаторов. Таким образом, введенный в конструкцию проводящий штырь, расположенный за пределами рабочей области волновода между антеннами, обеспечивает компенсацию связи антенн с паразитными волнами, распространяющимися вдоль фильтра.

Эта компенсация позволяет обеспечивать подавление паразитных полос фильтрации на несколько десятков дБ.

На Фиг.1 и 2 показан один из вариантов выполнения предлагаемого полосно-пропускающего фильтра СВЧ.

На Фиг.3 изображены экспериментальные зависимости потерь на прохождение фильтра L от частоты F.

Полосно-пропускающий фильтр СВЧ, показанный на Фиг.1 и 2, состоит из металлического корпуса 1, в котором размещены два или более диэлектрических резонаторов 2 на диэлектрических основаниях 3. Основания выполнены из материла с относительно низкой диэлектрической проницаемостью и низкими СВЧ-потерями, например из кварца, полиэтилена, фторопласта. Резонаторы связаны с внешними цепями антеннами 4 и 5. Антенна 4 выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, направленного параллельно продольной оси волновода. Антенна 5 выполнена в виде коаксиального штыря, параллельного основаниям резонаторов. Подводы от внешних цепей 6 и 7 могут быть микрополосковыми или коаксиальными. К корпусу присоединена крышка 8. W - минимальный отрезок волновода, образованного стенками корпуса 1 и крышки 8, включающий все резонаторы и антенны. В отверстия крышки 8 вставлены элементы подстройки частоты диэлектрических резонаторов, выполненные в виде винтов 9, и штыри для компенсации связи с волноводно-диэлектрическими паразитными резонансами, выполненные в виде винтов 10, 11. Винты 10 и 11 расположены за пределами минимального отрезка волновода W, включающего в себя все диэлектрические резонаторы и антенны фильтра.

На графике, показанном на Фиг.3, изображены экспериментально снятые зависимости потерь на прохождение фильтра L от частоты F. Чувствительность измерительной установки составляла 50 дБ. Кривая С1 соответствует режиму работы фильтра без компенсирующих винтов 10, 11. Наряду с рабочей полосой пропускания фильтра А с потерями на прохождение около 1 дБ в максимуме на зависимости присутствует паразитная полоса В, удаленная от рабочей примерно на 3% рабочей частоты и подавленная на 25 дБ. Между полосами имеется диапазон частот с пропусканием на уровне около 40 дБ. Кривая С2 соответствует режиму фильтра с компенсированной винтами 10, 11 связью антенн с колебанием “волноводно-диэлектрического” типа. Из сравнения кривых видно, что действие компенсирующих винтов не распространяется на область рабочей полосы пропускания фильтра.

Таким образом, металлические штыри для подавление паразитной полосы фильтрации, выполненные в виде винтов, обеспечивают возможность тонкой компенсации связи с паразитными волноводно-диэлектрическими резонансами без нарушения параметров в рабочей полосе фильтрации.

Практически настройка фильтра происходит следующим образом. На первой стадии производится настройка параметров только в рабочей полосе пропускания винтами 9. Затем вкручивается один из компенсирующих винтов 10 или 11 до подавления паразитной полосы пропускания. Если действия одного винта не хватает для полного подавления паразитного пропускания фильтра, то вводится второй компенсирующий винт.

Указанная конструкция может использоваться в связной аппаратуре, в устройствах разделения частот и т.п.

Источники информации

1. А.Н. Бочкарев, С.М. Говоров, Л.Б. Гольдберг, Э.В. Мичурин. Исследование узкополосных СВЧ-фильтров на диэлектрических резонаторах, экранированных объемными резонаторами. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. Вып.6. 1985, с.5-8.

2. Sauvage M., Simon С., Le Roux R. Band-pass-filter with dielectric resonators. Patent ЕР №0346806. 1989.

3. Диэлектрические резонаторы. Под ред. Ильченко М.Е. M.: Радио и связь. 1989 г. 326 с.

Изобретение относится к электронике СВЧ и, более конкретно, к области полосовых фильтров СВЧ. Полосно-пропускающий фильтр СВЧ содержит запредельный волновод, в котором расположены две антенны, размещенные между ними диэлектрические резонаторы, а также два проводящих штыря, которые размещены за пределами отрезка волновода, включающего в себя все диэлектрические резонаторы и антенны фильтра, и расположены по одному с каждой из сторон указанного отрезка вблизи соответствующей антенны, причем проводящие штыри выполнены с возможностью перемещения вдоль своей оси. Запредельный волновод полосно-пропускающего фильтра СВЧ является прямоугольным. Проводящие штыри полосно-пропускающего фильтра СВЧ расположены перпендикулярно соответствующим антеннам. Они могут быть выполнены, например, в виде металлических винтов. Антенны полосно-пропускающего фильтра СВЧ могут быть выполнены в виде отрезка микрополосковой линии или коаксиального штыря. Техническим результатом является подавление паразитной полосы фильтрации, расположенной вблизи рабочей полосы фильтра, без искажения характеристик в рабочей полосе. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Полоснопропускающий фильтр СВЧ, содержащий запредельный волновод, в котором расположены две антенны, размещенные между ними диэлектрические резонаторы, а также проводящий штырь, отличающийся тем, что проводящий штырь размещен за пределами отрезка волновода, включающего в себя все диэлектрические резонаторы и антенны фильтра, и расположен вблизи антенны, причем проводящий штырь выполнен с возможностью перемещения вдоль своей оси.2. Полоснопропускающий фильтр СВЧ по п.1, отличающийся тем, что запредельный волновод является прямоугольным.3. Полоснопропускающий фильтр СВЧ по п.1, отличающийся тем, что проводящий штырь расположен перпендикулярно антенне.4. Полоснопропускающий фильтр СВЧ по п.1, отличающийся тем, что проводящий штырь выполнен в виде металлического винта.5. Полоснопропускающий фильтр СВЧ по п.1, отличающийся тем, что антенны выполнены в виде отрезка микрополосковой линии или коаксиального штыря.6. Полоснопропускающий фильтр СВЧ по п.1, отличающийся тем, что в запредельном волноводе установлены элементы подстройки частоты диэлектрических резонаторов, выполненные в виде винтов, установленных над диэлектрическими резонаторами.