ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2016 года по МПК H01P1/203 

Описание патента на изобретение RU2591743C1

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для создания полосно-пропускающих фильтров дециметрового диапазона длин волн на основе встречно-стержневых резонансных звеньев.

Известна конструкция полосно-пропускающих фильтров на связанных линиях с непосредственной связью, состоящая из конечного числа резонансных элементов, каждый из которых образован плоским проводящим стержнем, разомкнутым на одном конце, а другим концом присоединен к плоской стенке замкнутого металлического корпуса, образованного параллельными стенками, запредельного на центральной частоте фильтра, причем одни концы соседних металлических стержней присоединены к противоположным плоским стенкам, а электрическая длина каждого проводящего стержня равна четверти длины волны на центральной частоте фильтра (Справочник по элементам полосковой техники. Под редакцией А.Л. Фельдштейна. М.: «Связь», 1979, 336 с., с. 218, рис. 8.1).

Недостатком такой конструкции фильтра является наличие паразитных полос пропускания на частотах вблизи утроенной центральной частоты фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому полосно-пропускающему фильтру является полосно-пропускающий фильтр, содержащий прямоугольный металлический корпус, образованный параллельными плоскими стенками, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических цилиндрических стержней, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками, причем одни концы соседних металлических цилиндрических стержней присоединены к противоположным плоским стенкам, а концы крайних металлических цилиндрических стержней присоединены к центральным проводникам коаксиальных присоединителей внешних линий передачи, оболочки коаксиальных присоединителей соединены с металлическим корпусом (см. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи / под ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира, Том 2 - М.: Изд-во «Связь», 1972, 496 с., с. 100, рис. 10.07.2).

Недостатком такого фильтра является наличие паразитных полос пропускания на частоте вблизи утроенной центральной частоты фильтра.

Техническим результатом изобретения является смещение ближайших паразитных полос пропускания фильтра в более высокочастотную область, превышающую 4…5 значений центральной частоты полосы пропускания.

Это достигается тем, что в полосно-пропускающем фильтре, содержащем прямоугольный металлический корпус, образованный параллельными плоскими стенками, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических стержней, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками, причем одни концы соседних металлических стержней присоединены к противоположным плоским стенкам, а концы крайних металлических стержней присоединены к центральным проводникам коаксиальных присоединителей внешних линий передачи, оболочки коаксиальных присоединителей соединены с металлическим корпусом, металлические стержни образованы круговыми цилиндрами, фильтр снабжен n плоскими конденсаторами, образованными каждый диэлектрической пластиной с металлизированными параллельными поверхностями, формирующими обкладки конденсаторов, другие концы металлических стержней присоединены к первым обкладкам плоских конденсаторов, вторые обкладки которых расположены на плоских стенках металлического корпуса, причем емкость С плоских конденсаторов 10 определяется из математического соотношения

где l - длина металлических стержней, лежащая в пределах от 1/10 до 1/12 длины волны λ на центральной частоте ω0 полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра, с0 - скорость света в вакууме, d - диаметр металлических стержней, b - расстояние между параллельными металлическим стержням плоскими стенками.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен полосно-пропускающий фильтр на встречных стержнях, на фиг. 2 показаны сравнительные частотные характеристики семизвенного фильтра известного (а) и созданного (б).

Полосно-пропускающий фильтр содержит прямоугольный металлический корпус 1, образованный параллельными плоскими стенками 2, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических стержней 3, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками 4, причем одни концы соседних металлических стержней 3 присоединены к противоположным плоским стенкам 2, а концы крайних металлических стержней 3 присоединены к центральным проводникам 5 коаксиальных присоединителей 6 внешних линий передачи, оболочки 7 коаксиальных присоединителей 6 соединены с металлическим корпусом 1. Металлические стержни 3 образованы круговыми цилиндрами. Фильтр имеет n плоских конденсаторов 8, образованных каждый диэлектрической пластиной 9 с металлизированными параллельными поверхностями 10, формирующими обкладки конденсаторов, другие концы металлических стержней 3 присоединены к первым обкладкам плоских конденсаторов 8, вторые обкладки которых расположены на плоских стенках металлического корпуса 2. Емкость С плоских конденсаторов 8 определяется из математического соотношения

где l - длина металлических стержней 3, лежащая в пределах от 1/7 до 1/10 длины волны λ на центральной частоте ω0 полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра, c0 - скорость света в вакууме, d - диаметр металлических стержней 3, b - расстояние между параллельными металлическим стержням 3 плоскими стенками 2.

Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.

После каскадного подключения полосно-пропускающего фильтра через центральные проводники 5 коаксиальных присоединителей 6 внешних линий передачи в цепь с распространяющейся СВЧ волной в крайних металлических стержнях 3 возбуждаются электромагнитные колебания. С другого коаксиального присоединителя 6 сигнал снимается в СВЧ цепь.

Все металлические стержни 3, образующие в совокупности с параллельными плоскими стенками 2 прямоугольного металлического корпуса 1 отрезок двухпроводной длинной линии, нагруженный на сосредоточенную емкость С (позиция 6), образованную диэлектрической пластиной 9 с металлизированными параллельными поверхностями 10, формирующими обкладки конденсаторов, формируют резонансные звенья полосно-пропускающего фильтра. Наибольшей эффективной добротностью из всех видов поперечных сечений металлических стержней 3 обладают резонансные звенья, образованные круговыми цилиндрами. Резонансные звенья электромагнитно связаны через диэлектрические (воздушные) промежутки 4. Эти электромагнитные связи формируют вид амплитудно-частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра, порядок которого соответствует числу резонансных звеньев.

Резонансная частота ω0 резонансного звена определяется длиной короткозамкнутого (в результате присоединения его конца к плоской стенке 2) металлического стержня 3, обозначенной l, которая эквивалентна эффективной индуктивности L Z B ω 0 t g ω 0 c 0 l резонансного контура, где ZB - волновое сопротивление эффективной длинной линии, образованной металлическим стержнем 3 и параллельными ему плоскими стенками 2, и сосредоточенной емкостью 6, обозначенной С, включенной параллельно с этой индуктивностью приближенной формулой ω 0 1 L C . С ростом значения емкости С при фиксированной резонансной частоте ω0 эффективная индуктивность L Z B ω 0 t g ω 0 c 0 l и соответствующая ей длина металлического стержня уменьшаются. При этом уменьшается и центральная длина волны λпар паразитной полосы пропускания, достигающая значений ( λ 0 4 Λ λ 0 6 ) , которая в предельном случае значения емкости С, соответствующем режиму холостого хода на конце металлического стержня 3, равна λ п а р = 2 π c 0 3 ω 0 . Как показали исследования вопроса, уменьшение длины l металлического стержня 3 практически ограничено значениями, лежащими в пределах от 1/10 до 1/12 длины волны λ на центральной частоте ω0 полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра. При значениях, меньших этих, возникает искажение частотной характеристики фильтра, связанное с формированием иных видов колебаний.

Проведенные расчеты с применением разложения функции L Z B ω 0 t g ω 0 c 0 l в ряд Тейлора с учетом двух первых слагаемых, характеризуемых числами Бернулли, указывают на формулу, связывающую длину металлического стержня 3 со значением емкости С конденсатора:

Математическое моделирование частотных характеристик фильтров с металлическими стержнями 3, разомкнутыми на конце, и с металлическими стержнями 3, присоединенными к сосредоточенной емкости, показало обеспечение эффекта резкого смещения паразитной полосы пропускания относительно центральной частоты полосы пропускания. Это видно из сравнения кривых на фиг. 2.

Технический результат - смещение паразитных частот пропускания полосно-пропускающего фильтра - обеспечен тем, что у n металлических стержней 3, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками 4, одни концы соседних металлических стержней 3 присоединены к противоположным плоским стенкам 2, а другие концы присоединены к первым обкладкам плоских конденсаторов 8, вторые обкладки плоских конденсаторов расположены на плоских стенках металлического корпуса 2. Емкость С плоских конденсаторов связана с длиной l металлических стержней 3 соотношением

Экспериментальные исследования подтвердили справедливость выдвинутого соотношения. Так, например, фильтр с полосой прозрачности шириной 400 МГц и центральной частотой 1150 МГЦ при вносимых потерях меньше 0,5 дБ обеспечил полосу заграждения по уровню минус 80 дБ в диапазоне от 1,8 ГГц до 4,8 ГГц. Габаритные размеры рабочей зоны фильтра составляют 86×30×24 мм. Полученные результаты обеспечены длиной металлического стержня l=25 мм, т.е. при диэлектрической шайбе, образующей конденсатор, диаметром 6 мм и толщиной 2 мм между металлизированными плоскостями.

Использование изобретения позволяет создать в диапазоне частот 1-4 ГГц ряд семизвенных полосно-пропускающих фильтров с полосами пропускания ~30…40% при отстройках ближайших паразитных полос пропускания на (5…6)ω0.

Похожие патенты RU2591743C1

название год авторы номер документа
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2009
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2399124C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2009
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2394317C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2008
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2360337C1
ДИПЛЕКСЕР 2005
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2295807C1
Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр 2016
  • Шишкин Дмитрий Рафаилович
  • Кунилов Анатолий Львович
  • Балобанов Евгений Сергеевич
  • Ивойлова Мария Михайловна
RU2619363C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2005
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2295806C1
СВЧ-мультиплексор 2017
  • Мещанов Валерий Петрович
  • Царев Владислав Алексеевич
  • Шалаев Павел Данилович
  • Кац Борис Маркович
RU2645033C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2005
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2305350C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2005
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2295805C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ СВЧ-ФИЛЬТР 2020
  • Кунилов Анатолий Львович
  • Ивойлова Мария Михайловна
  • Мякишева Мария Сергеевна
  • Балобанов Евгений Сергеевич
RU2743325C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 591 743 C1

Реферат патента 2016 года ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к технике СВЧ. Полосно-пропускающий фильтр содержит прямоугольный металлический корпус 1, образованный параллельными плоскими стенками 2, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических стержней 3, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками 4, причем одни концы соседних металлических стержней 3 присоединены к противоположным плоским стенкам 2, а концы крайних металлических стержней 3 присоединены к центральным проводникам 5 коаксиальных присоединителей 6 внешних линий передачи, оболочки 7 присоединителей 6 соединены с корпусом 1. Фильтр имеет n плоских конденсаторов 8, образованных каждый диэлектрической пластиной 9 с металлизированными параллельными поверхностями 10, формирующими обкладки конденсаторов, другие концы стержней 3 присоединены к первым обкладкам конденсаторов 8, вторые обкладки которых расположены на стенках корпуса 2. Емкость С конденсаторов 8 определяется из предложенного соотношения, связывающего длину металлических стержней 3, лежащую в пределах от 1/7 до 1/10 длины волны λ на центральной частоте ω0 полосы пропускания фильтра, скорость света в вакууме, диаметр стержней 3, расстояние между параллельными металлическим стержням 3 плоскими стенками 2. Изобретение обеспечивает смещение ближайших паразитных полос пропускания фильтра в более высокочастотную область, превышающую 4-5 значений центральной частоты полосы пропускания. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 591 743 C1

Полосно-пропускающий фильтр, содержащий прямоугольный металлический корпус, образованный параллельными плоскими стенками, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических стержней, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками, причем одни концы соседних металлических стержней присоединены к противоположным плоским стенкам, а концы крайних металлических стержней присоединены к центральным проводникам коаксиальных присоединителей внешних линий передачи, оболочки коаксиальных присоединителей соединены с металлическим корпусом, отличающийся тем, что металлические стержни образованы круговыми цилиндрами, он снабжен n плоскими конденсаторами, образованными каждый диэлектрической пластиной с металлизированными параллельными поверхностями, формирующими обкладки конденсаторов, другие концы металлических стержней присоединены к первым обкладкам плоских конденсаторов, вторые обкладки которых расположены на плоских стенках металлического корпуса, причем емкость C плоских конденсаторов определяется из математического соотношения

где l - длина металлических стержней, лежащая в пределах от 1/10 до 1/12 длины волны λ на центральной частоте ω0 полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра, c0 - скорость света в вакууме, d - диаметр металлических стержней, b - расстояние между параллельными металлическим стержням плоскими стенками.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2591743C1

JP4018801A, 23.01.1992
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2009
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Перевезенцев Сергей Александрович
RU2397579C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2008
  • Горбачев Анатолий Петрович
  • Комаров Константин Сергеевич
RU2378745C2
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2005
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2295806C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2005
  • Бунин Анатолий Вениаминович
  • Вишняков Сергей Викторович
  • Геворкян Владимир Мушегович
  • Казанцев Юрий Алексеевич
  • Михалин Сергей Николаевич
  • Полукаров Валерий Иванович
RU2295805C1
RU2185694C1, 20.07.2002
Резонатор фильтра стержневого типа 1987
  • Романихин Борис Яковлевич
SU1522323A1

RU 2 591 743 C1

Авторы

Геворкян Владимир Мушегович

Перевезенцев Сергей Александрович

Даты

2016-07-20Публикация

2015-06-03Подача