СВЧ-фильтр Советский патент 1992 года по МПК H01P1/218 

ЪЯГТЯ /,// /Л.., ,/,., //„.,.. / . /// //,.

, .

Y///////. //У,

Целью изобретения является уменьшение резонансных потерь сигнала и неравномерности амплитудно-частотной характеристики при перестройке частоты полоско-пропускающего ферритового фильтра на отрезке запредельного волновода 3. Для этого ферритовые резонаторы 5 выполнены в виде касательного намагниченных дисков, причем плоскости дисков и продольные оси диэлектрических держателей 4 перпендикулярны широким стенкам регулярного волновода 1. 1 ил

J

XI

00 Ю

4

о

Ы

Изобретение относится к радиоэлектронике сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, в частности к устройствам фильтрации СВЧ-сигналов, и предназначено для использования в качестве управляемого селективного элемента в системах панорамного спектрального анализа сигналов,

Известен полосно-пропускающий СВЧ- фильтр, содержащий корпус в виде запредельного волновода, в котором на вращающихся подставках жестко закреплены диэлектрические резонаторы, крайние из которых электромагнитно связаны с внешними коаксиальными вводами с помощью элементов связи. Кроме того, в крышке корпуса имеются металлические винты для подстройки частоты диэлектрических резонаторов, вращающиеся подставки через коаксиальные выводы фиксируются с помощью наружной гайки, а в диэлектрических резонаторах выполнены радиальные щели.

Недостатком этого известного фильтра является отсутствие возможности электрической перестройки его частоты.

Известен полосно-пропускающий СВЧ- фильтр, содержащий входной и выходной регулярные волноводы, между которыми включен отрезок запредельного волновода, в котором размещено по крайней мере три диэлектрических резонатора, электромагнитно связанных между собой, .крайние из которых электромагнитно связаны с входными и выходными волноводами соответственно, при этом оси остальных диэлектрических резонаторов параллельны вектору напряженности электромагнитного поля основного типа волны, причем оси крайних диэлектрических резонаторов составляют с вектором электрической напряженности волны Ню угол О «р 90°.

К недостаткам этого известного устройства относится отсутствие возможности электрической перестройки его частоты.

Известен полосно-пропускающий СВЧ- фильтр, содержащий источник постоянного магнитного поля и входной и выходной регулярные волноводы, между которыми включен отрезок запредельного волновода, в котором расположено несколько последовательно включенных сферических ферри- товых резонаторов, электродинамически связанных друг с другом полями излучения и настроенных на одну и ту же резонансную частоту. Такая конструкция приводит к возможности магнитной перестройки частоты, повышению крутизны частотных характеристик фильтра и уменьшению паразитных выбросов потерь.

Недостатками этого фильтра является отсутствие возможности подстройки вида амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) при изменении частоты, так как при электрической перестройке частоты фильтра связь между сферическими резонаторами изменяется.

Наиболее близким к изобретению является полосно-пропускающий ферритовый

СВЧ-фильтр, содержащий источник постоянного магнитного поля и два отрезка регулярного прямоугольного волновода, между которыми расположен отрезок запредельного прямоугольного волновода, в

котором расположены ферритовые резонаторы в виде сфер, закрепленные на основных диэлектрических стержнях, расположенных перпендикулярно узким стенкам отрезка запредельного прямоугольного волновода и закрепленных на одной из узких стенок отрезка запредельного прямоугольного волновода с возможностью перемещения, при этом введены дополнительные диэлектрические стержни, расположенные соосно с основными диэлектрическими стержнями и закрепленные на другой узкой стенке отрезка запредельного прямоугольного волновода с возможностью перемещения, причем конец

каждого дополнительного диэлектрического стержня, обращенный к ферритовому резонатору, выполнен скошенным.

К недостаткам этого устройства относится ограниченная возможность уменьшения резонансных потерь и отсутствие эффективной подстройки вида АЧХ при электрической перестройке фильтра, так как увеличение связи между двумя соседними резонаторами за счет их взаимного сближения приводит к уменьшению их связи с другими соседними резонаторами вследствие удаления от них.

Целью изобретения является уменьшение резонансных потерь сигнала и неравномерности АЧХ при магнитной перестройке частоты фильтра.

Поставленная цель достигается тем, что в известном СВЧ-фильтре, содержащем два отрезка регулярного прямоугольного волновода с расположенным между ними отрезком запредельного прямоугольного волновода, в котором на диэлектрических стержнях, закрепленных на одной из стенок запредельного прямоугольного волновода,

установлены ферритовые резонаторы, и магнитную систему; ферритовые резонаторы выполнены в виде касательно намагниченных дисков, причем плоскости дисков и продольные оси диэлектрических

держателей, на которых они установлены с

возможностью осевого поворота, перпендикулярны широким стенкам отрезка регулярного волновода.

Новым в предлагаемом техническом решении по сравнению с известным является выполнение ферритовых резонаторов в виде касательно намагничиваемых дисков, установленных на диэлектрических стержнях, закрепленных перпендикулярно широким стенкам регулярного волновода с возможностью осевого поворота таким образом, что плоскость ферритовых резонаторов перпендикулярна широким стенкам регулярного прямоугольного волновода. Эти отличительные от известного признаки приводят к появлению в предложен ном техническом решении новых свойств, отсутствующих в известном и позволяющих уменьшить резонансные потери сигнала и неравномерность АЧХ фильтра при магнитной перестройке его частоты, Вышеуказанные отличительные признаки предложенного технического решения отсутствуют в устройствах-аналогах. Автору также не известны другие устройства, сходные с предлагаемым по технической сущности и результату, достигаемому при их использовании, которые содержали бы признаки, отличающие предлагаемый СВЧ- фильтр от известного.

На чертеже схематически изображена конструкция фильтра.

СВЧ-фильтр содержит источник постоянного магнитного поля (не показан), два отрезка регулярного прямоугольного волновода 1 и 2, между которыми расположен отрезок 3 запредельного прямоугольного волновода с размещенными внутри на диэлектрических стержнях 4 с возможностью осевого поворота ферритовыми резонаторами 5 в виде дисков, намагничиваемых внешним магнитным полем касательно плоскости. При этом плоскость ферритовых резонаторов перпендикулярна широким стенкам отрезков 1 и 2 регулярного прямоугольного волновода,

Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом.

Источником постоянного магнитного поля является электромагнит, позволяющий осуществлять магнитную перестройку частоты СВЧ-фильтра. Поперечные размеры отрезков 1 и 2 регулярного прямоугольного волновода выбираются таким образом, чтобы в диапазоне рабочих частот в нем распространялась электромагнитная волна основного типа Ню. Поперечные размеры отрезка волновода 3 выбираются такими, чтобы в рабочем диапазоне частот волновод был запредельным. Установленные с возможностью осевого поворота на диэлектрических стержнях 4 ферритовые резонаторы 5 в виде дисков в зависимости от требований к полосе фильтра изготовлены из пластин поликристалла, монокристалла или эпитаксиальных пленок, выращенных на подложках. При этом направление внешнего магнитного поля совпадает с осью диэлектрических стержней 4, расположенных

перпендикулярно широким стенкам отрезков 1 и 2 регулярного прямоугольного волновода и намагничивает ферритовые резонаторы 5 касательно их плоскости. СВЧ-фильтр работает следующим образом.

Сверхвысокочастотный сигнал поступает в отрезок волновода 1 и на частоте ферромагнитного резонанса возбуждает ферритовый резонатор, находящийся на

границе регулярного 1 и запредельного 3 волноводов. Передача сигнала из отрезка 1 в отрезок 2 осуществляется за счет взаимной связи расположенных в запредельном прямоугольном волноводе 3 и находящихся

в условиях ферромагнитного резонанса последовательно расположенных резонаторов 5. При этом на выходе СВЧ-фильтра формируется АЧХ, которая определяется добротностью ферритовых резонаторов 5 и

коэффициентами связи между ними. Для формирования требуемых резонансных потерь и АЧХ требуемой формы необходимо устанавливать ферритовые резонаторы на определенных расстояниях друг от друга.

Для этого размещают ферритовые резонаторы 5 в отрезке запредельного волновода 3 с помощью диэлектрических стержней 4, Выбор требуемых формы АЧХ фильтра и его резонансных потерь осуществляется путем

поворота резонаторов 5 с помощью диэлектрических стержней 4. При магнитной перестройке СВЧ-фильтра (изменение длины волны сигнала) происходит изменение коэффициента взаимной связи между резонаторами 5, что приводит к изменению вида его АЧХ и резонансных потерь. В этом случае путем поворота резонаторов 5 с помощью диэлектрических стержней 4, на которых они закреплены, добиваются оптимальных значений коэффициента связи между ферритовыми резонаторами 5, чем и достигается уменьшение резонансных потерь и неравномерности АЧХ фильтра.

Практически реализация предлагаемого устройства осуществлена в трехсантиметровом диапазоне длин волн.

Отрезки регулярного прямоугольного волновода имели сечение 23 х 10 мм; запредельного 7x10 мм.

В запредельном волноводе на диэлектрических стержнях помещались пять одинаковых ферритовых резонаторов в виде дисков, изготовленных из поликристаллической пластины железо-иттриевого граната (ЖИГ), толщиной 1 мм или эпитаксиальной пленки ЖИГ, выращенной методом жидко- фазной эпитаксии на подложке галлий-гадо- линиевого граната, толщиной 50 мкм. В обоих испытанных вариантах фильтра (ши- рокополосном и узкополосном) с помощью осевого поворота диэлектрических стержней с установленными на них ферритовыми резонаторами удавалось получить требуемую форму АЧХ фильтра при его магнитной перестройке в диапазоне 8,5-11,5 МГц, что значительно лучше, чем в известном техническом решении.

Главное техническое преимущество предложенного СВЧ-фильтра перед извест- ным заключается в более эффективном управлении резонансными потерями и видом АЧХ при магнитной перестройке. Эти достоинства достигаются благодаря применению в предлагаемом техническом решении фер- ритовых резонаторов в виде касательно намагниченных дисков, электродинамическая связь между которыми регулируется не путем смещения резонаторов, как в известном, а путем поворота их друг относительно друга. В известном техническом решении возможность эффективного управления формой АЧХ ограничена тем обстоятельством, что увеличение коэффициента связи между ближайшими ферритовыми резона- торами за счет их взаимного сближения приводит к уменьшению коэффициента связи с другими резонаторами вследствие удаления от них. В предложенном техническом решении поворот каждого резонатора в ви-

де диска относительно магнитной составляющей h СВЧ-поля в волноводе приводит к аналогичному изменению (то ли увеличению, то ли уменьшению) коэффициента связи данного резонатора с соседними, что позволяет более эффективно управлять АЧХ фильтра при его магнитной перестройке.

Кроме того, предлагаемый фильтр является более простым в изготовлении и техно- логичным, а также требует меньших значений подмагничивающего магнитного поля.

Определить ожидаемую экономическую эффективность от использования предложенного СВЧ-фильтра не представляется возможным ввиду отсутствия данных о его потребности. По предложенному техническому решению создан лабораторный макет.

Формула изобретения

СВЧ-фильтр, содержащий два отрезка регулярного прямоугольного волновода с расположенным между ними отрезком запредельного прямоугольного волновода, в котором на диэлектрических стержнях, закрепленных на одной из стенок запредельного прямоугольного волновода, установлены ферритовые резонаторы, и магнитную систему, отличающийся тем, что, с целью уменьшения резонансных потерь сигнала и неравномерности амплитудно-частотной характеристики при перестройке частоты, ферритовые резонаторы выполнены в виде касательно намагниченных ферритовых дисков, причем плоскости дисков и продольные оси диэлектрических держателей, на которых они закреплены с возможностью осевого поворота, перпендикулярны широким стенкам отрезка регулярного волновода.