ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР СВЧ Советский патент 1995 года по МПК H01P1/218 

Изобретение относится к перестраиваемым гиромагнитным фильтрам на отрезках прямоугольного волновода.

Известен полосно-пропускающий фильтр СВЧ, содержащий два отрезка прямоугольного волновода, торцы которых соединены с поперечной металлической перегородкой. В перегородке выполнено отверстие связи, центр которого расположен на продольной оси симметрии отрезков прямоугольного волновода. Два намагниченных гиромагнитных резонатора размещены на диэлектрических стержнях соосно с отверстием связи по обе стороны от металлической перегородки. Диэлектрические стержни закреплены в узких стенках отрезков волновода и их части, находящиеся в отрезках волновода, образуют консоли, длина которых равна половине ширины волновода. Наличие консолей ухудшает механическую прочность и устойчивость к воздействию механических нагрузок при эксплуатации. Кроме того, существует большая вероятность несовпадения центра намагниченных гиромагнитных резонаторов при их вращении в процессе настройки фильтра с осевой линией, проходящей через центр отверстия связи. Это приводит к уменьшению повторяемости параметров фильтра (потери, КСВ, ширина полосы пропускания) в условиях производства. Дополнительным недостатком является недостаточно высокое заграждение вне полосы пропускания.

Целью изобретения является повышение заграждения вне полосы пропускания, механической прочности и повторяемости параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в полосно-пропускающем фильтре СВЧ, содержащем два отрезка прямоугольного волновода, торцы которых соединены с поперечной металлической перегородкой, в которой выполнено отверстие связи, центр которого расположен на продольной оси симметрии отрезков прямоугольного волновода, два намагниченных гиромагнитных резонатора, размещенных на диэлектрических стержнях и установленных соосно с отверстием связи, в металлической перегородке выполнены два идентичных паза, расположенных симметрично с обеих сторон отверстия связи, диэлектрические стержни закреплены в металлической перегородке с возможностью размещения намагниченных гиромагнитных резонаторов в пазах, при этом размеры пазов выбраны из соотношений
a/2≥d_n≥d_св>d_р,t≅3d_р,
h_п=h, где d_п, t, h_п ширина, глубина и высота паза, соответственно;
а, h ширина и высота отрезков прямоугольного волновода;
d_св, d_р диаметр отверстия связи и намагниченного гиромагнитного резонатора, соответственно.

В предложенном фильтре пазы в металлической перегородке выполняют функцию коротких отрезков запредельного волновода, что дополнительно увеличивает заграждение вне полосы пропускания, которое при этом определяется также диаметром отверстия связи и толщиной металлической перегородки в области отверстия связи. При этом размеры пазов обеспечивают однородность СВЧ-поля в области намагниченных гиромагнитных резонаторов и сильное взаимодействие последних с СВЧ-полем отрезков регулярного прямоугольного волновода (за счет эффекта "провисания" силовых линий СВЧ магнитного поля отрезков волновода в пазы), а также возможность изготовления сквозных отверстий в металлической перегородке для безлюфтового закрепления диэлектрических стержней. Длина незакрепленной части диэлектрических стержней в этом фильтре равна примерно половине ширины пазов. Это уменьшает вероятность биений (колебаний) центра гиромагнитных резонаторов относительно центра отверстия связи в процессе настройки фильтра при вращении стержней и в процессе эксплуатации при воздействии вибрации и ударов. В результате уменьшается разброс параметров фильтра при производстве, повышается механическая прочность.

На чертеже представлен полосно-пропускающий фильтр СВЧ (а вид сверху, б вид спереди).

Фильтр СВЧ содержит два отрезка 1, 1^I; прямоугольного волновода в одной плоскости, торцы 2, 2^' которых соединены с поперечной металлической перегородкой 3, в которой выполнено отверстие связи 4, центр которого расположен на продольной оси симметрии отрезков прямоугольного волновода. Два намагниченных гиромагнитных резонатора 5, 5' размещены на диэлектрических стержнях 6, 6^' и установлены соосно с отверстием связи 4. В металлической перегородке 3 выполнены два идентичных паза 7, 7^', расположенных симметрично с обеих сторон отверстия связи 4. Диэлектрические стержни 6, 6^' закреплены в металлической перегородке (отверстиях 8, 8^') с возможностью размещения намагниченных гиромагнитных резонаторов в пазах 7, 7^', при этом размеры пазов выбраны из соотношений:
a/2≥d_п>d_св>d_п,t≅3d_р,
h_п=h, где d_п, t, h_п ширина, глубина и высота паза, соответственно;
а, h ширина и высота отрезков прямоугольного волновода;
d_св, d_р диаметр отверстия связи и намагниченного гиромагнитного резонатора, соответственно.

Намагничивание гиромагнитных резонаторов 5, 5^' осуществлено полем Н, создаваемым электромагнитом 9. Высота отрезков 1, 1^' волновода уменьшена с помощью согласующих переходов 10, 10^' в направлении к металлической перегородке 3.

Фильтр работает следующим образом.

Сигнал СВЧ, поступая в отрезок 1 волновода, образующий вход фильтра, взаимодействует с намагниченным гиромагнитным резонатором (ГР) 5, размещенным в пазе 7, если частота сигнала совпадает с его резонансной частотой. Намагниченный ГР 5, в свою очередь, взаимодействует через отверстие связи 4 с намагниченным ГР 5^', настроенным полем Н на ту же резонансную частоту, что и ГР 5. Намагниченный ГР 5^', размещенный в пазе 7^', возбуждает отрезок регулярного волновода 1^', и сигнал СВЧ поступает на выход фильтра.

Высокочастотный сигнал, частота которого не совпадает с резонансной частотой намагниченных ГР 5, 5^', не взаимодействует с ними. Основная часть этого сигнала, отражаясь от металлической перегородки 3, поступает обратно на вход фильтра. Небольшая часть этого сигнала просачивается на выход фильтра через пазы 7, 7^' и отверстие связи 4 в металлической перегородке 3, определяя величину заграждения фильтра вне полосы пропускания.

Пазы 7, 7^', ширина которых d_п выбирается из соотношения а/2≥d_п> d_св> d_р, выполняют функцию отрезков запредельного волновода, что увеличивает заграждение вне полосы пропускания, которое при этом определяется также диаметром отверстия связи и толщиной перегородки в области отверстия связи. Указанные размеры пазов (d_п, t, h_п) обеспечивают однородность СВЧ-поля в области намагниченных ГР и их сильное взаимодействие с СВЧ-полем отрезков регулярного прямоугольного волновода (за счет эффекта "провисания" силовых линий СВЧ магнитного поля отрезков волновода в пазы). При этом обеспечивается возможность изготовления сквозных отверстий в металлической перегородке для безлюфтового закрепления диэлектрических стержней. Длина незакрепленной части диэлектрических стержней в этом фильтре равна примерно половине ширины пазов. Это уменьшает вероятность биений (колебаний) центра гиромагнитных резонаторов относительно центра отверстия связи в процессе настройки фильтра при вращении стержней и в процессе эксплуатации при воздействии вибрации и ударов. В результате уменьшается разброс параметров фильтра при производстве, повышается механическая прочность.

П р и м е р. Лабораторные образцы предложенного фильтра (3 шт.) были изготовлены в диапазоне частот 7-9 ГГц. Два отрезка прямоугольных регулярных волноводов сечением 28,5х12,6 мм были уменьшены по высоте до 2 мм с помощью ступенчатых переходов в сторону разделяющей их металлической перегородки. Толщина перегородки была равна 4,0 мм, а в области отверстия связи она равна 0,4 мм. Ширина, глубина и высота пазов были соответственно равны 7; 1,8; 2 мм, диаметр гиромагнитных резонаторов был равен 0,6 мм. В качестве гиромагнитных резонаторов использовались монокристаллические сферы иттриевого феррограната 140 кг. Диэлектрические стержни диаметром 0,6 мм с гиромагнитными резонаторами вставлены в металлические стержни диаметром 1,2 мм, которые пропущены через сквозные отверстия диаметром 1,3 мм в металлической перегородке и закреплены в них после настройки фильтра с помощью клея. Длина незакрепленной части диэлектрических стержней равна 3 мм. Гиромагнитные резонаторы были установлены соосно с отверстием связи в металлической перегородке симметрично от него на расстоянии 1,5 мм. Лабораторные образцы предложенного фильтра обеспечивали параметры: диапазон частот 7-9 ГГц; потери пропускания 2,5 дБ; полоса пропускания 30 МГц; заграждение вне полосы пропускания 45 дБ.

Настройка показала высокую повторяемость параметров и высокую прочность и устойчивость к механическим нагрузкам.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в технике связи. Цель изобретения повышение заграждения вне полосы пропускания, механической прочности, повторяемости параметров. Отличительная конструктивная особенность полоснопропускающего фильтра СВЧ, содержащего два отрезка прямоугольного волновода, примыкающих торцами к поперечной металлической перегородке с отверстием связи, два намагниченных гиромагнитных резонатора на диэлектрических стержнях, установленных соосно с отверстием связи, состоит в том, что в металлической перегородке выполнены симметрично с обеих сторон в области отверстия связи пазы и закреплены диэлектрические стержни с размещением гиромагнитных резонаторов в пазах, при этом размеры пазов удовлетворяют соотношениям a/2 ≥ d_п> d_св> d_p, t ≅ 3d_p h_п= h где d_п t h_п соответственно ширина, глубина и высота пазов, а, h ширина и высота отрезков волноводов в области примыкания к металлической перегородке; d_св, d_p - соответственно диаметр отверстия связи и диаметр гиромагнитных резонаторов. 1 ил.

ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР СВЧ, содержащий два отрезка прямоугольного волновода, торцы которых соединены с поперечной металлической перегородкой, в которой выполнено отверстие связи, центр которого расположен на продольной оси симметрии отрезков прямоугольного волновода, два намагниченных гиромагнитных резонатора, размещенных на диэлектрических стержнях и установленных соосно с отверстием связи, отличающийся тем, что, с целью повышения заграждения вне полосы пропускания, механической прочности и повторяемости параметров, в поперечном металлической перегородке выполнены два идентичных паза, расположенных симметрично с обеих сторон отверстия связи, диэлектрические стержни закреплены в металлической перегородке с возможностью размещения намагниченных гиромагнитных резонаторов в пазах, при этом размеры пазов выбраны из соотношений
а/2 ≥ d_п > d_св > d_р,
t ≅ 3d_п,
h_п h,
где d_п, t, h_п ширина, глубина и высота паза соответственно;
а, h ширина и высота отрезков прямоугольного волновода;
d_св, d_р диаметр отверстия связи и намагниченного гиромагнитного резонатора соответственно.