Сверхвысокочастотный фильтр Советский патент 1985 года по МПК H01P1/20 

Изобретение п|)едназначено для использования в радиотехнических уст ройствах, 8 частности в технике СВЧ. Известен сверхвысокочасто.тный фильтр, состоящий из микрополосовой линии передачи, на диэлектрической подложке которой установлен диэлектрический {Резонатор, заключенный в полости, в которую ввинчен металлический винт перестройки,размещенный над диэлектрическим резонатором, при чем регулировка температурного коэффициента частота (ТКЧ) сверхвысокочастотного фильтра при определенном ТКЧ диэлектрического реэонатора осуществляется выбо{юм соотношений температурных коэф4а1Ф1ентов линейного рас{В1фения материалов полости и металшлческого винта перестройки относительно miicoTM полости и длины металлического винта перестройки, со ответствующих частоте настройки свер высокочастотного фильтра Cl В такой конструкции ТКЧ можно сни зить до значения 10 tyc. Однако перестройка резонансной частоты изменением расстояния между торцовой поверхностью винта перестройки и обращенной к нему поверхностью диэлектрического резонатора сопровожда ется изменением ТКЧ (как правило, ростом), а независимая подстройка ТКЧ такого устройства (минимизация ТКЧ в какдрй частотной точке) возмож на только йутем подбора материала ме таллич ского. винта перестройки. Наиболее близким техническим решением к изобретению йвляется свер высокочастотиый шьтр, содержащий отрезок волновода, внутри которого размещен диэлектрический резонатор, установленный на держателе, а снаружи укреплен поль цилиндр, на внутренней поверхности которого, выполнена резьба, на которой установлена с возможностью перемещения гайка, имеющая резьбу и на внутренней поверхности, шаг которой равен шагу резьбы на ее внешней поверхности, и по оси полого цилиндра установлен с возможностью перемещения через от верстие в стенке отрезка волновода стержень, на одном которого ук реплен диск, обращенный к диэлектрическому резонатору. . В такой конструкции сверхвысоко.ча тотного фильтра мшсно обеспечить неЗ висимое от частоты настроили управле 1 42 ние ТКЧ за счет выполнения одинаковым шага резьб на внешней и внутренней поверхностях гайки С2. Однако известное устройство имеет большие габариты и массу, которые определяются длиной полого цилиндра, составлякицей от полутора до двух длин волн. . Цепью изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы. Поставленная цель достигается тем, что в сверхвысокочастотном фильтре содержащем отрезок волновода, внутри которого размещен диэлектрический резонатор, установленный на держателе, а снаружи укреплен польй цилиндр, на внутренней поверхности которого выполнена резьба, на которой установлена с возможностью перемещения гайка, имеющая резьбу и на внутренней поверхности, шаг которой равен шагу резьбына ее внешнейповерхности, и по оси полого цилиндра установлен с возможностью перемещения через отверстие в стенке отрезка волновода стержень, на одном торце которого укреплен диск, обращенный к диэлектрическому резонатору, гайка вьшолнена в виде стакана полость которого обращена к стенке отрезка волновода, и введены дополнительный стакан, установленный в стакане с возможностью перемещения по резьбе, дно дополнительного стакана обращено к стенке отрезка волновода и в нем выполнено Центральное отверстие, в которое пропущен стержень, и пружина, размещенная в дополнительном стакане, один конец которой упирается в его дно, а другой - в одну поверхность введенной шайбы, прикрепленной к другому тЬрцу стержня,на другой поверхности которой установлен введенный пакет биметаллических пластин, зафиксированный винтом, вкрученным в дно стакана, и контргайкой, размещенной вне полости стакана, причем ось винта совпадает с осью стержня, а в дне стакана по окружности радиуса,равного радиусу средней линии стенки дополнительного стакана, выполнены дугообразные прорези, а в стенке дополнительного стакана по средней линии Через углы, равные половине центральных углов дугообразных прорезей, выполнены резьбовые отверстия, оси которых параллельны оси стержня, и по крайней мере в одно из резьбовых от-(

верстий ввернут винт крепления, проходящий через одну из дугообразньк прорезей.

На фиг. 1 представлена конструкция сверхвысокочастотного фильтра на фиг, 2 - вид А на фиг, 1; на фиг. 3 зависимость резонансной частоты сверхвысокочастотного фильтра от расстояния d между диэлектрическим резонатором и диском,

Сверхвысокочастотный фильтр содержит отрезок волновода 1, внутри которого размещен диэлектрический резонатор 2, установленный на держателе 3, а снаружи укреплен полый циг. линдр 4 с резьбой на внутренней пвоеохности, на КОТОРОЙ установлена с возможностью перемещения гайка выполненная в виде стакана 5, имеющего резьбу на внешней и внутренней поверхности одинакового шага. Полость стакана 5 обращена к стенке отрезка волновода 1, Внутри стакана 5 установлен дополнительный стакан 6, дно 7 которого обращено к стенке отрезка волновода 1 и в дне 7 выполнено центральное отверстие 8, в которое пропущен стержень 9, установленный с возможностью перемещения через отверстие 10 в стенке отрезка волновода 1, На одном торце стержня 9 укреплен диск 11, обращенный к диэлектрическому резонатору 2,

В дополнительном стакане 6 установлена пружина 12. олин конец которой упирается в его дно 7, а другой в одну поверхность введенной шайбы 13 прикрепленной к другому торцу стержня 9, на другой поверхности введенной шайбы 13 установлен введенный пакет биметаллических пластин 14, зафиксированный винтом 15 и контргайкой 16, ось винта 15 совпадает с осью стержня 9. В дне стакана 5 по окружности радиуса, равного радиусу средней линии стенки дополнительного стакана 6, выполнены дугообразные про рези 7, а в стенке дополнительного стакана 6 по средней линии через углы, равные половине центральных углов дугообразных прорезей 17, выполнены .резьбовые отверстия 18, оси котсфых параллельны оси стержня 9 -), и по крайней мере в одно из резьбовых отверстий 18 ввернут винт 19 крепления, проходящий через одну из дугообразных прорезей 17.

Предлагаемое устройство работает следуницим образом.

Перестройка резонансной частоты сверхвысокочастЬтного фильтра осуществляется за счет перемещения стержня 9 во внешних полях диэлектрического резонатора 2. При выбран йом соотношении между температурными коэффициентами линейного расширения (ТКПР) материалов отрезка волновода 1, полого цилиндра 4, стержня .9, дополнительного стакана 6, а также вве денного пакета биметаллических гшас;тин 14 в некоторой течке диапазона п рестройки частоты сверхвысокочастотного фильтра температурный уход частоты диэлектрического резонатора . 2 с определенными значениями ТКПР диэлектрика и температурного коэффициента относительной диэлектрической проницаемости ( ) может быть скомпенсирован за счет температурног изменения расстояния между диэлектрическим резонатором 2 и диском 11. Это изменение расстояния определяется в основном температурным изменением толщины введенного пакета биметаллических пластин 14, которое зависит от ТКПР биметаллических пластин и иу числа и обычно регулируется подбором пластин с определенным ТКПР и их количества. Такой путь термокомпенсации иcкJшчaeт возможность управления ТКЧ сверхвысокочастотного фильтра в произвольной точ диапазона настройки.

Для непрерывного управления ТКЧ сверхвысокочастотного фильтра в произвольной точке диапазона настройки в конструкцию введена пружина 12, так как замечено, что температурное изменение толщины введенного пакета биметаллических пластин 14 зависит от воздействующей на последний внешней силы, создаваемой пружиной 12. Таким образом, регулируя степень сжатия пружины 12 с помощью винта 15, удается управлйть компенсирую щим температзфным изменением толщины введенного пакета биметаллических пластин 14, изменяя его от максимальной величины, определяемой. ,ТКПР введенного пакета биметаллических пластин 14, практически до нуля. Учитывая то что величина ТКПР биметаллических пластин на два три порядка,выше ТКПР меди и стали, диапазон возможного компенсирующего «TeMnepatypHoro изменения толщины введенного пакета биметал-. лическйх пластин 14 дгске при малой его толщине оказывается достаточным для зффективного управления ТКЧ сверхвысокочастотного фильтра во всем диапазоне его возможной частот ной перестройки. При выборе достаточной жесткости пружины 12 регулировка компенсирзтощего температурного изменения толщи введенного пакета биметаллических пластин 14 может быть осуществлена при незначительных продольных перемещениях винта t5 относительно дополнительного стакана 6, а следовательно, и прк незначительных переме щенияхдиска 1f относительно диэлек рического резонатора 2, Таким образом, в устройстве реализуется пракг: тически независимое управление ТКЧ сверхвысокочастотного фильтра в про цессе пер|естройки его центральной частоты перемещением дополнительного стакана 6 в полом цилиндре 4, что приводит к перемещению диска 11 во внешшпс резонансных полях диэлектрического резонатора 2 и осуществляется вр1ащением стакана 5 по резьбе полого цилиндра 4 при фикеированном положении винта 19 крепления. Усилие вращения передается на стакан 5 через нескрозные отверстия 20, в которые вставляется специаль.ный ключ. Регулировка компенсирующего температурного изменения толщины введе ного пакета биметаллических пластин 14 и, образом, регулировка ТКЧ сверхвысокочастот11ого фильтра в предлагаемой конструкции возможна и в процессе вращения стакана 5 при зафиксированном положении дополните ного CTaii aHa 6. В этом случае винт 19 крепления полностью вывернут, а фиксация положения дополнительного стакана 6 осуществляется с помощью резьбовых отверстий 18. При достаточно жесткой пружине 12 регулировка ТКЧ может быть осуществлена при поворотах стакана 5 на малые уг лы, что сопровождается Незначительными перемещениями диска 11 относительно диэлектрического резонатора Таким образом, и при такой регулировке ТКЧ последняя осуществляется практически независимо от настройки сверхвысокочастотного фильтра на заданную частоту. Малые изменения частоты настройки сверхвысокочастотного фильтра, возникающие при регулировке ТКЧ, корректируются методом последовательных цриближений. В предлагаемой конструкции сверхвысокочастотного фильтра независимое управление ТКЧ в процессе настройки достигается при уменьщенных габаритньк размерах фильтра за счет использования пакета биметаллических пластин в сочетании с элементами продольного силового воздействия на Него. При использовании в предлагаемой конструкции фильтра диэлектрического резонатора 2, обладающего положительным ТКЧ, и применении металлического диска 11, в.веденньй пакет биметаллических пластин 14 должен иметь отрицательный Т КЛР а при использовании диска 11 из диэлектрика - положительный . Отрицательный ТКЛР может быть смоделирован также и взаимньв перемещением введенного пакета биметаллических пластин 14 и пружины 12 в дополнительном стакане 6. -На иг, 3 представлены зависимости резонансной частоты данного сверхбысокочастотного фильтра от расстояния d между диэлектрическим резонатором 2 и диском 11. Диэлектрический резонатор 2 здесь изготовлен из керамики ТЛ-47., диск 11 из металла (кривая а) или керамики ТЛ-47 (кривая Ь). Там же представлены экспериментальные зависимости температурных уходов частоты сверхвысокочастотного фильтра перестраиваемого по кривой .Скриваяс) и по кривой (кривая а), при подборе положения винта 15 для полной компенсации температурных уходов частоты (для настройки на ТКЧ ) соответственно в точках А (кривая о) и В. (кривая t) частотного диапазона перестройки. Использованный введенный пакет биметаллических пластин 14 при тогацине 5 мм обладал собственным ТКПР, равным 0,25-10 (т.е. ТКПР при отсутствии внешних осевых воздействий) , а в сочетании с действием пружины в точках А и В соответственно имел ТКПР, равные 5 10 и 3 -10 /°С. Для термокомпенсации уходов частоты в точке С на кривой сч TKJ1P введенного пакета биметаллических пластик 7 ,11 14 составляет 2-10- 1/ С. Эффективная термокомпенсация уходов частоты с помощью такого пакета биметаллических пластин 14 возможна на кривой до значений расстояния с , меньших 1,5 мм, а на кривой Ъ- меньших 2 мм Для увеличения расстояния rf, с которого возможна эффективная термокомпенсация, необходимо либо увеличить ТКПР введенного пакета биметаллических пластин 14, т.е. использовать в

/ 5//

фуг. 7 4 нем иные бимвталл ;;1ческие пластины, либо увеличить число прежних биметаллических пластин. В рассмотренном случае введенный пакет биметаллических пластин 1Д определил высоту полого цилиндра 4 в 30 мм, которая нё зависит от частотного диапазона такого сверхвысокочастотного фильтра и примерно в пол vi-fc. ъ W ч «(r«««a.jw к fm. JB IIVIU тора-два раза меньше высоты полого цилиндра 4 в известной конструкции.

Г9

et/ffA

re

20

0ifz.2

СВЕРХШСОКОЧАСТОТНЫЙ ИШ.ТР, содержащий отрезок волновода, внутри которого размещен диэлектрический резонатор, установленный на дерекатепе, а снаружи укреплен полый цилиндр, на внутренней поверхности которого выполнена резьба, на которой установлена с возможностью перемещения гайка, имеющая pesfb6y и на внутренней поверхности, шаг которой равен щагу резьбы на ее внешней поверхности, и по оси .полого цилиндра установлен с, возможностью, перемещения через отверстие в стенке отрезка волновода стержень, на одном торце которого укреплен диск, обращенный к диэлектрическому резонатору, отличающийся тем. что, с целью уменьшения габаритных размеров и массы, гайка выполнена в виде стакана, полость которого обращена к стенке отрезка волновода и введены дополнительный стакан, установленный в стакане с возможностью перемещения по резьбе, дно дополнительного стакана обращено, к стенке отрезка волновода и в нем выполнено центральное отверстие, в которое пропущен стержень, и пружина, размещенная вдополнительном ста1(ане, один конец которой упирается в его дно, а другой - в одну поверхность введенной шайбы,прикрепS ленной к другому торцу стержня, на другой поверхности которой установлен введенный пакет биметаллических пластин, зафиксированный виьтом, вкрученным в дно стакана, и контргайкой, размещенной вне полости стакана, причем ось винта совпадает с осью стержня, а в дне стакана по.окружности радиуса, равного радиусу 00 средней линии стенки дополнительного СХ) стакана, выполнены дугообразные про00 рези, а в стенке дополнительного стаф кана по средней линии через углы, равные половине центральных углов дугообразных прорезей, выполнены резьбовые отверстия, оси которых параллельны оси стержня и по крайней мере в одно из резьбовых отверстий ввернут винт крепления, проходящий . через одну из дугообразных прорезей.