СВЧ-ФИЛЬТР ГАРМОНИК Российский патент 2024 года по МПК H01P7/00 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено, например, для создания частотно-селективных устройств СВЧ, фильтров, диплексеров 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 и небольшая протяженность полосы заграждения.

Также известна конструкция полосно-пропускающего фильтра на коаксиальных резонаторах [Б. А. Беляев, А. А. Лексиков, Ан. А. Лексиков, А. М. Сержантов, Ф. Г. Сухин // Коаксиальный резонатор Патент РФ №2449432, опубл. 27.04.2012, Бюл. №12]. Каждый коаксиальный резонатор образован корпусом-экраном, внутри которого расположен отрезок коаксиального волновода, заполненного диэлектриком, при этом внешний и внутренний проводники коаксиального волновода замкнуты одним концом на экран с противоположных сторон. Недостатками такого фильтра является большая сложность изготовления конструкции и необходимость применения материалов с большой относительной диэлектрической проницаемостью для обеспечения протяженной полосы заграждения.

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. Благодаря наличию металлических стержней, замкнутых одним концом на корпус, происходит уменьшение размеров, а также разрежение спектра собственных частот резонаторов в фильтре, что приводит, соответственно, к расширению высокочастотной полосы заграждения. Фильтр характеризуется простотой конструкции и технологичностью в изготовлении. Недостатком конструкции является то, что для получения достаточно широкой полосы заграждения требуется очень малая величина воздушного зазора между разомкнутым концом каждого стержня и крышкой корпуса, что значительно уменьшает электрическую прочность фильтра.

Техническим результатом изобретения является увеличение электрической прочности и расширение полосы заграждения СВЧ-фильтра гармоник.

Указанный технический результат достигается тем, что в СВЧ-фильтре гармоник, содержащем корпус-экран, внутри которого расположены металлические стержни резонаторов, замкнутые одним концом на корпус-экран на одной стороне корпуса, новым является то, что разомкнутые концы металлических стержней вставлены с зазором равным 0,6 мм в соосные стержням глухие отверстия, выполненные на противоположной стороне корпуса-экрана, при этом металлические стержни имеют низкую эквивалентную индуктивность для второй моды и большую для первой моды СВЧ-колебаний.

Существенным отличием заявляемого устройства от наиболее близкого аналога является то, что в корпусе-экране фильтра выполнены глухие отверстия, в которые с зазором 0,6 мм вставлены металлические стержни резонаторов, замкнутые одним концом на корпус-экран.

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

Заявляемый СВЧ-фильтр гармоник (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, а другим (разомкнутым) концом вставлены c зазором в соосные стержням 2 глухие отверстия 3, выполненные в корпусе-экране 1. Форма поперечного сечения металлических стержней 2 и отверстий 3 в корпусе-экране 1 может быть любой, например, цилиндрической.

СВЧ-фильтр гармоник 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. 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.

Заявляемый технический результат достигается следующим образом. На частотах первой полосы пропускания фильтра заявляемой конструкции высокочастотное напряжение вблизи разомкнутых концов стержней 2 резонаторов максимально. Следовательно, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эквивалентную емкость резонаторов по сравнению с резонаторами фильтра-прототипа при одном и том же зазоре между разомкнутым концом стержня 2 и корпусом-экраном 1. В случае одинаковых с фильтром-прототипом конструктивных параметрах центральная частота полосы пропускания заявляемого фильтра существенно ниже. Для достижения требуемой центральной частоты полосы пропускания нужно уменьшить эквивалентную емкость резонаторов, т. е. увеличить зазор. Как известно, электрическая прочность коаксиального фильтра определяется предельной величиной напряженности электрического поля в емкостной части его резонаторов, при которой происходит электрический пробой. В заявляемой конструкции фильтра зазор между разомкнутыми концами стержней 2 резонаторов и корпусом-экраном 1 больше, чем в фильтре-прототипе при прочих равных условиях, а, следовательно, электрическая прочность заявляемого фильтра будет больше.

Кроме того, наряду с увеличением электрической прочности фильтра предлагаемое техническое решение позволяет увеличить протяженность его полосы заграждения. Это объясняется тем, что для второй (паразитной) моды колебаний коаксиального резонатора одна из двух пучностей магнитного поля находится вблизи разомкнутого конца стержня 2, а для первой (рабочей) моды колебаний вблизи точки его заземления. Следовательно, вставленный в глухое отверстие в корпусе-экране 1 металлический стержень 2 резонатора будет иметь низкую эквивалентную индуктивность для второй моды и большую для первой моды, что приводит к понижению частоты рабочей и повышению частоты паразитной моды колебаний по сравнению с фильтром прототипом. Как известно, протяженность полосы заграждения полосно-пропускающего фильтра, в первую очередь, определяется отношением частот первых двух первых мод собственных колебаний его резонаторов. Таким образом, протяженность полосы заграждения СВЧ-фильтра гармоник заявляемой конструкции оказывается больше, чем в фильтре прототипе при прочих равных условиях.

На Фиг. 2 представлены частотные зависимости коэффициента передачи двухрезонаторного фильтра заявляемой конструкции (сплошная линия 5) и фильтра-прототипа (штриховая линия 6). Точками 7 показаны частотные зависимости коэффициента отражения, которые совпадают для обоих фильтров. Фильтры имеют одинаковую относительную ширину полосы пропускания Δf₃/f₀=25% (по уровню -3 дБ) с центральной частотой f₀ ≈ 4000 МГц и КСВ < 1,2 в полосе пропускания. Конструктивные параметры фильтра (Фиг. 1): размеры корпуса-экрана 1, являющегося общим для обоих резонаторов, 15x11x8 мм³; расстояние между осями стержней 2 резонаторов 5 мм; длина стержней 2 резонаторов 10,85 мм, их диаметр 3 мм. Глубина глухих отверстий в корпусе-экране 1 заявляемого фильтра составила 4,15 мм. Величина воздушного зазора между разомкнутыми концами стержней 2 резонаторов и корпусом-экраном 1 составила для заявляемого фильтра 0,6 мм, а для фильтра-прототипа меньшую величину - 0,5 мм. Бóльшая величина воздушного зазора у заявляемого фильтра позволяет работать с более высокими уровнями мощности по сравнению с фильтром-прототипом при прочих равных условиях.

Из Фиг. 2 видно, что использование фильтра заявляемой конструкции позволяет не только увеличить электрическую прочность, но и расширить высокочастотную полосу заграждения. Так протяженность полосы заграждения по уровню −30 дБ составляет для заявляемого фильтра почти 15 ГГц, а для фильтра-прототипа только 3 ГГц, что в пять раз меньше - это подтверждает заявляемый технический результат.

Таким образом, на основе предложенной конструкции СВЧ-фильтра гармоник можно создавать миниатюрные частотно-селективные устройства с улучшенными электрическими характеристиками, которые могут найти применение в системах радиолокации, радионавигации, связи, в различной измерительной и специальной аппаратуре.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для создания частотно-селективных устройств СВЧ, фильтров, диплексеров др. Фильтр содержит корпус-экран, внутри которого находятся металлические стержни резонаторов. Металлические стержни замкнуты своими концами на корпус-экран с одной стороны, а другими (разомкнутыми) концами вставлены c зазором равным 0,6 мм в соосные глухие отверстия, выполненные с противоположной стороны корпуса-экрана. При этом металлические стержни имеют низкую эквивалентную индуктивность для второй моды и большую для первой моды СВЧ-колебаний. Техническим результатом изобретения является увеличение электрической прочности и расширение полосы заграждения. 2 ил.

СВЧ-фильтр гармоник, содержащий корпус-экран, внутри которого расположены металлические стержни резонаторов, замкнутые одним концом на корпус-экран на одной стороне корпуса, отличающийся тем, что разомкнутые концы металлических стержней вставлены с зазором равным 0,6 мм в соосные стержням глухие отверстия, выполненные на противоположной стороне корпуса-экрана, при этом металлические стержни имеют низкую эквивалентную индуктивность для второй моды и большую для первой моды СВЧ-колебаний.