Волноводный полосопропускающий СВЧ-фильтр на индуктивных диафрагмах Российский патент 2023 года по МПК H01P1/20 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к приемопередающим трактам радиотехнических систем и может быть использовано для подавления внеполосных и паразитных колебаний в трактах приемопередающих систем.

Одной из наиболее известных структур подобного типа можно считать волноводный фильтр с индуктивными диафрагмами (размещение металлических вставок в виде диафрагм в плоскости, перпендикулярной направлению распространения ЭМ волны), играющих роль инверторов сопротивлений, а отрезки волновода между ними - резонаторов.

Известен патент RU2583062C1 «Волноводный фильтр низких частот», опубликован 10.05.2016. Фильтр имеет перестройку частоты среза и обеспечивает подавление паразитных сигналов на частотах, превышающих частоту среза не менее чем в два раза. Недостатком предложенной конструкции является невозможность тонкой настройки и регулировки фильтра.

Известен патент RU24627990 «Волноводный керамический фильтр», опубликован 27.09.2012. Фильтр не имеет возможности перестройки средней частоты полосы пропускания фильтра во всем рабочем диапазоне волновода без изготовления нового изделия, не имеет возможности изменения порядка фильтра без изготовления нового изделия, имеет очень небольшой диапазон регулировки ширины полосы пропускания и формы АЧХ. Кроме того, в конструкции фильтра имеются диэлектрические материалы, что неблагоприятно для механической прочности и более трудозатратно при изготовлении изделия.

Известен патент RU2397579C1 «Полосно-пропускающий фильтр», опубликован 20.08.2010, принятый за прототип. Недостатком этого технического решения является невозможность перестройки средней (критической) частоты полосы пропускания фильтра во всем рабочем диапазоне волновода без изготовления нового изделия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является конструктивная возможность быстрой замены индуктивных диафрагм, что позволяет настраивать полосу пропускания фильтра во всем рабочем диапазоне волновода.

Для этого в волноводном полосопропускающем СВЧ фильтре на индуктивных диафрагмах, выполненном в виде прямоугольного волновода, заканчивающегося с обеих сторон фланцами для включения фильтра в цепь радиопередающего тракта, с установленными внутри волновода индуктивными диафрагмами, прямоугольный волновод выполнен в виде набора секций волновода, соединенных между собой посредством элементов соединения, индуктивные диафрагмы установлены перпендикулярно длинной стороне волновода между секциями и конструктивно закреплены между секциями волновода с помощью винтовых соединений, при этом количество и габаритные размеры секций определяются требованиями к амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра, а в каждую секцию прямоугольного волновода по центру широкой стороны сечения волновода вводится винт для точной настройки формы АЧХ.

Кроме того, количество секций волновода с закрепленными вставками с индуктивной диафрагмой определяет порядок фильтра.

Соотношение длин секций волновода определяет среднюю частоту полосы пропускания и влияет на ширину полосы пропускания, а ширина индуктивных диафрагм определяет форму АЧХ в полосе пропускания и также влияет на ширину полосы пропускания.

При этом диаметр винтов для установки точной настройки формы АЧХ определяется соотношением 1/10 от размера широкой стороны сечения волновода.

Конструкция фильтра выполнена с возможностью ее полного разбора для замены или добавления любой диафрагмы и секции волновода с целью изменений ширины полосы пропускания, формы АЧХ и порядка фильтра.

Основная особенность предлагаемого технического решения в том, что заданная полоса пропускания обеспечивается конструкцией диафрагм, что позволяет путем быстрой замены диафрагм переносить полосу пропускания в любую часть рабочего диапазона используемого волновода, что невозможно обеспечить регулировочными элементами.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана общая схема волноводного полосопропускающего СВЧ фильтра на индуктивных диафрагмах.

На фиг. 2 показан общий вид разборного исполнения волноводного полосопропускающего СВЧ фильтра на индуктивных диафрагмах.

На фиг. 3 приведен пример сборной конструкции волноводного полосопропускающего СВЧ фильтра на индуктивных диафрагмах.

На фиг. 1-3 приняты обозначения:

1. Металлическая шторка, обеспечивающая заданную ширину индуктивной диафрагмы.

2. Ввод регулировочного винта в секцию волновода.

3. Рассчитанное расстояние между индуктивными диафрагмами, выполняющее роль резонансной камеры, на изделии секция волновода.

4. Фланец волновода.

5. Регулировочный винт.

6. Секция волновода.

7. Элемент соединения секций волновода.

8. Вставка с индуктивной диафрагмой.

Для СВЧ фильтра на индуктивных диафрагмах характерно размещение металлических вставок в виде диафрагм в плоскости, перпендикулярной направлению распространения электромагнитной волны (фиг. 1).

Конструкция предлагаемого фильтра представляет собой набор секций 6 волновода с закрепленными между данными секциями индуктивными диафрагмами 8 из листового метала толщиной от 0,1 до 0,4 мм с высокой электропроводностью (или обработанных гальваническим покрытием с высокой электропроводностью).

Габариты и количество секций волновода 6 и диафрагм 8 определяются требованиями к АЧХ фильтра. Секции волновода 6 в данной конструкции являются резонансными камерами, в которые через стенку вводятся регулировочные винты 5, осуществляющие точную настройку формы АЧХ.

Длина внедренных в резонансные камеры 3 регулировочных винтов 5 может составлять от нуля до 2/3 высоты резонансной камеры. Диаметр регулировочных винтов определяется как 1/10 от размера широкой стороны сечения волновода.

Конструкция фильтра полностью разборная, имеется возможность замены любой диафрагмы и секции волновода. Разборное соединение позволяет заменять диафрагмы в случае изменений к требованиям фильтра. Пример сборной конструкции предлагаемого фильтра представлен на фиг. 2. При необходимости разборное соединение позволяет более удобно и надежно производить гальваническую обработку устройства.

Быстрая замена набора индуктивных диафрагм (фиг. 3) позволяет настраивать полосу пропускания фильтра во всем рабочем диапазоне применяемого волновода. Регулировочные винты 5 так же, как и другие элементы регулировки, такую широкополосную возможность регулировки самостоятельно обеспечить не смогут. Замена диафрагм осуществляется за счет физического разделения фильтра на секции и использования резьбовых соединений. В случае необходимости возможна замена, исключение и добавление волноводных секций (фиг. 3), что позволяет реализовать изменение порядка фильтра без изготовления нового изделия. Конструкция получается практически универсальной в вопросе формирования формы АЧХ, ширины полосы пропускания и частоты рабочего диапазона полосы пропускания. Единственным ограничением является рабочий диапазон используемого волновода.

Волноводный полосопропускающий СВЧ фильтр на индуктивных диафрагмах 8 состоит полностью из металлов, что позволяет повысить механическую прочность фильтра относительно известных ранее аналогов с использованием в структуре волновода диэлектрических материалов.

После подключения полосопропускающего СВЧ фильтра через фланцы волновода (фиг. 2) в цепь с поступающим СВЧ-сигналом крайние индуктивные диафрагмы 8 обеспечивают вход и выход сигнала. Последующие диафрагмы формируют АЧХ в рабочей полосе частот фильтра, что исключает внеполосную передачу побочных гармоник между входом и выходом фильтра.

Ширина полосы пропускания фильтра и форма АЧХ в рабочем диапазоне частот обеспечиваются соотношением ширины индуктивных диафрагм, установленных в структуре фильтра. Рабочий диапазон полосы пропускания фильтра в пределах рабочего диапазона волновода формируется длиной секций волновода, которые играют роль резонансных камер, обеспечивающих электромагнитную связь во всей структуре фильтра.

Количество секций волновода с закрепленными вставками с индуктивной диафрагмой определяет порядок фильтра, и, соответственно, крутизну склонов АЧХ полосы пропускания.

Порядок фильтра - это количество звеньев. Крутизна скатов АЧХ определяется порядком фильтра (количеством звеньев). Одно звено - это волноводная секция плюс индуктивная диафрагма 8. Волноводный полосопропускающий СВЧ фильтр на индуктивных диафрагмах является симметричной структурой, с осью симметрии по центральной индуктивной диафрагме для нечетного порядка фильтра или по центру средней волноводной секции для четного порядка фильтра.

Плотное прилегание диафрагмы к стенкам фланца волновода по всей плоскости обеспечивается подбором материалов. Материал диафрагмы подбирается более мягкий по отношению к материалу секций волновода. Например: диафрагма - латунь «Л63», секция волновода с фланцем - алюминиевый сплав «д16т», или диафрагма - бронза «БрБ2», секция волновода с фланцем - сплав «36н». Удобство использования гальванической обработки внутренних стенок волновода позволяет изготовить секцию волновода из цельного куска материала с помощью токарно-фрезерных работ.

Разборное соединение (фиг. 2) позволяет заменять индуктивные диафрагмы 8 в случае изменений к требованиям фильтра.

Фильтр можно использовать в изделиях на любых приемных или передающих станциях, как наземного, воздушного, так и космического базирования. Данное устройство не требует помещения в герметичные блоки, рабочий температурный диапазон ограничивается лишь материалами изготовления устройства.

Ввиду жесткости конструкции и отсутствия навесных элементов, устройство может быть использовано в условиях повышенных требований стойкости к механическим и климатическим воздействиям, например на бортах летательных аппаратов, в том числе и спутников. Высокая добротность фильтра обеспечивает эффективное подавление побочных каналов приема в радиоприемных устройствах.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к фильтрам. Волноводный полосопропускающий СВЧ-фильтр выполнен в виде прямоугольного волновода, заканчивающегося с обеих сторон фланцами для включения фильтра в цепь радиопередающего тракта, с установленными внутри волновода индуктивными диафрагмами. Прямоугольный волновод выполнен в виде набора секций волновода, соединенных между собой посредством элементов соединения, индуктивные диафрагмы установлены перпендикулярно длинной стороне волновода между секциями и конструктивно закреплены между секциями волновода с помощью винтовых соединений, при этом количество и габаритные размеры секций определяются требованиями к амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра, а в каждую секцию прямоугольного волновода по центру широкой стороны сечения волновода вводится винт для точной настройки формы АЧХ, при этом конструкция фильтра выполнена с возможностью ее полного разбора для замены или добавления любой диафрагмы и секции волновода. Диаметр винтов для точной настройки формы АЧХ определяется соотношением 1/10 от размера широкой стороны сечения волновода. Технический результат - обеспечение конструктивной возможности быстрой замены индуктивных диафрагм и настройки полосы пропускания фильтра во всем рабочем диапазоне волновода. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Волноводный полосопропускающий СВЧ-фильтр, выполненный в виде прямоугольного волновода, заканчивающегося с обеих сторон фланцами для включения фильтра в цепь радиопередающего тракта, с установленными внутри волновода индуктивными диафрагмами, отличающийся тем, что прямоугольный волновод выполнен в виде набора секций волновода, соединенных между собой посредством элементов соединения, индуктивные диафрагмы установлены перпендикулярно длинной стороне волновода между секциями и конструктивно закреплены между секциями волновода с помощью винтовых соединений, при этом количество и габаритные размеры секций определяются требованиями к амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра, а в каждую секцию прямоугольного волновода по центру широкой стороны сечения волновода вводится винт для точной настройки формы АЧХ, при этом конструкция фильтра выполнена с возможностью ее полного разбора для замены или добавления любой диафрагмы и секции волновода.

2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что количество секций волновода с закрепленными вставками с индуктивной диафрагмой определяет порядок фильтра.

3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что соотношение длин секций волновода определяет среднюю частоту полосы пропускания и влияет на ширину полосы пропускания.

4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что ширина индуктивных диафрагм определяет форму АЧХ в полосе пропускания и влияет на ширину полосы пропускания.

5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что диаметр винтов для точной настройки формы АЧХ определяется соотношением 1/10 от размера широкой стороны сечения волновода.