Широкополосный СВЧ-фильтр Российский патент 2024 года по МПК H01P7/00 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено, например, для создания частотно-селективных устройств СВЧ, полосно-пропускающих фильтров, диплексеров и др.

Известен полосно-пропускающий фильтр, представленный прямоугольным металлическим волноводом, содержащим металлические индуктивные стержни, замкнутые обеими концами на широкие стенки, и металлические диафрагмы со щелью [CHEN, T.-S. Waveguide Resonant-iris Filters with very Wide Passband and Stopbands //International Journal of Electronics, 1966, 21(5), pp. 401–424]. Недостатками конструкции являются сравнительно большие размеры, небольшая протяженность полосы заграждения и невозможность получения широкой полосы пропускания.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является волноводный полосно-пропускающий фильтр [Волноводный полосно-пропускающий фильтр с протяженной и глубокой полосой заграждения // Патент на полезную модель № 211769, МПК H01P 7/06, опубл. 22.06.2022, Бюл. №18]. Фильтр содержит прямоугольный металлический волновод, в котором расположены металлические диафрагмы со щелями. Между смежными металлическими диафрагмами расположено по металлическому стержню, замкнутому одним концом на широкую стенку волновода. Фильтр характеризуется меньшими размерами и большей протяженностью полосы заграждения по сравнению с первым аналогом. Недостатком конструкции является невозможность получения широкой полосы пропускания.

Техническим результатом изобретения является увеличение ширины полосы пропускания фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что в широкополосном СВЧ-фильтре, содержащем корпус-экран, внутри которого расположены металлические стержни резонаторов, замкнутые одним концом на корпус-экран на одной стороне корпуса, новым является то, что смежные металлические стержни гальванически соединены между собой дополнительными металлическими проводниками в местах, расположенных на одинаковом расстоянии от замкнутых на экран концов стержней, а расстояние между металлическими стержнями равно 2 мм.

Существенным отличием заявляемого устройства от наиболее близкого аналога является то, что смежные металлические стержни резонаторов гальванически соединены между собой дополнительными металлическими проводниками в местах, расположенных на одинаковом расстоянии от замкнутых на экран концов стержней, и расстояние между металлическими стержнями равно 2 мм.

Изобретение поясняется следующими чертежами: Фиг. 1 – конструкция заявляемого широкополосного СВЧ-фильтра; Фиг. 2 – сравнение амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) широкополосного СВЧ-фильтра заявляемой конструкции и фильтра-прототипа.

Заявляемый широкополосный СВЧ-фильтр (Фиг. 1) содержит корпус-экран 1, внутри которого находятся металлические стержни 2 резонаторов. Металлические стержни 2 замкнуты одним концом на корпус-экран 1 с одной стороны. Внешние линии передачи 4 подключаются к стержням 2 резонаторов, например, гальванически. Форма поперечного сечения металлических стержней 2 может быть любой, например, цилиндрической. Между смежными стержнями 2 резонаторов расположены дополнительные проводники 3, которые гальванически подключены к металлическим стержням 2 в местах, расположенных на одинаковом расстоянии от замкнутых на корпус-экран 1 концов стержней 2. Дополнительные проводники 3 могут иметь произвольную форму, например, форму прямоугольного параллелепипеда, при этом для повышения технологичности изготовления одна сторона каждого дополнительного проводника 3 может быть замкнута по всей длине на корпус-экран 1.

Широкополосный СВЧ-фильтр работает следующим образом. Внешние линии передачи 4 подключаются к стержням 2 резонаторов как показано на Фиг. 1. Расстояние от заземленных концов стержней 2 резонаторов до точек подключения внешних линий передачи 4 определяется заданным уровнем отражений в полосе пропускания фильтра. Размеры и места подключения дополнительных проводников 3, определяют ширину полосы пропускания фильтра. С уменьшением индуктивности дополнительных проводников 3 и увеличении расстояния от точки их подключения до точки соединения стержней 2 с корпусом-экраном 1 ширина полосы пропускания фильтра будет расти. Сигналы, частоты которых попадают в полосу пропускания, проходят на выход фильтра с минимальными потерями, в то время как на частотах вне полосы пропускания происходит отражение сигналов от входа устройства.

Благодаря наличию дополнительных проводников 3 стержни 2 резонаторов оказываются связанными между собой не только электромагнитно, но и гальванически. Величину коэффициента связи резонаторов можно изменять, варьируя как величины зазоров между стержнями 2 резонаторов, так и расстояние от дополнительных проводников 3 до заземленных концов стержней 2 резонаторов. Как известно, ширина полосы пропускания фильтра определяется, при прочих равных условиях, величиной коэффициента связи между резонаторами. Меняя расстояние от дополнительных проводников 3 до закороченных концов стержней 2, можно в широких пределах менять величину коэффициента связи между резонаторами, не меняя при этом расстояния между ними. Благодаря этому можно получить относительную ширину полосы пропускания фильтра в несколько раз большую, чем в фильтре-прототипе при прочих равных условиях.

На Фиг. 2 представлены частотные зависимости коэффициента передачи четырехрезонаторного широкополосного СВЧ-фильтра заявляемой конструкции (сплошная линия 5) и фильтра-прототипа (штриховая линия 6). Фильтры рассчитаны на одинаковую центральную частоту полосы пропускания f₀ ≈ 5000 МГц и КСВ < 1.2 в полосе пропускания. Конструктивные параметры фильтра заявляемой конструкции (Фиг. 1): размеры корпуса-экрана 1, являющегося общим для всех резонаторов, 27x22.8x8 мм³; расстояние между стержнями 2 резонаторов 2 мм; длина внешних стержней 2 резонаторов 20.85 мм и 19.65 мм у пары внутренних, их диаметр 3 мм. Величина воздушного зазора между разомкнутыми концами стержней 2 резонаторов и корпусом-экраном 1 составила для заявляемого фильтра 1 мм. Высота дополнительных проводников 3 составила 9.45 мм и 8.6 мм, их ширина равна диаметру стержней 2. Внешние линии передачи 4 подключены к стержням 2 резонаторов на расстоянии 14.8 мм от заземленных концов.

Фильтр-прототип имел одинаковый с заявляемым фильтром диаметр стержней 2 и одинаковую величину воздушного зазора между разомкнутыми концами стержней 2 резонаторов и корпусом-экраном 1. Для получения наибольшей ширины полосы пропускания расстояние между наружными стержнями 2 резонаторов в фильтре-прототипе составило 0.5 мм, между внутренней парой 1 мм. Длина стержней 2 наружных резонаторов составила 13.5 мм и 13.04 мм у пары внутренних. Следует отметить, что дальнейшее уменьшение расстояния между стержнями 2 резонаторов практически не приводило к росту ширины полосы пропускания фильтра из-за разности индуктивного и емкостного взаимодействия резонаторов, которые, как известно, имеют разные знаки в гребенчатых фильтрах на сонаправленных стержнях.

Из Фиг. 2 видно, что использование широкополосного СВЧ-фильтра заявляемой конструкции позволяет значительно расширить полосу пропускания по сравнению с фильтром-прототипом. Так относительная ширина полосы пропускания для заявляемого фильтра составляет Δf₃/f₀=50% (по уровню –3 дБ), а для фильтра-прототипа только Δf₃/f₀=12%, что в четыре раз меньше – это подтверждает заявляемый технический результат. При этом достоинством заявляемой конструкции является возможность реализации широкой полосы пропускания при достаточно большом расстоянии между стержнями 2, что значительно повышает технологичность изготовления фильтра, например, методом фрезерования.

Таким образом, на основе предложенной конструкции широкополосного СВЧ-фильтра можно проектировать устройства частотной селекции сигналов с широкими полосами пропускания, которые могут найти применение в системах широкополосной радиолокации, связи, различной измерительной и специальной аппаратуре.

Широкополосный СВЧ-фильтр относится к технике сверхвысоких частот и предназначен, например, для создания частотно-селективных устройств СВЧ, фильтров, диплексеров и др. Фильтр содержит корпус-экран, внутри которого находятся металлические стержни резонаторов, замкнутые на корпус-экран с одной стороны, новым является то, что смежные металлические стержни гальванически соединены между собой дополнительными металлическими проводниками в местах, расположенных на одинаковом расстоянии от замкнутых на экран концов стержней, а расстояние между металлическими стержнями равно 2 мм. Техническим результатом изобретения является увеличение ширины полосы пропускания фильтра. 2 ил.

Широкополосный СВЧ-фильтр, содержащий корпус-экран, внутри которого расположены металлические стержни резонаторов, замкнутые одним концом на корпус-экран на одной стороне корпуса, отличающийся тем, что смежные металлические стержни гальванически соединены между собой дополнительными металлическими проводниками в местах, расположенных на одинаковом расстоянии от замкнутых на экран концов стержней, а расстояние между металлическими стержнями равно 2 мм.