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

Изобретение относится к перестраиваемым гиромагнитным фильтрам.

Известные конструкции полосно-пропускающих гиромагнитных фильтров, обеспечивающие высокую надежность при эксплуатации, а также высокую повторяемость параметров, изготавливают с привлечением интегральной технологии.

Полосно-пропускающий фильтр СВЧ, взятый за прототип, содержит два соосных отрезка микрополосковой линии в одной плоскости, центральные проводники которых короткозамкнуты на обращенных друг к другу торцах на заземленную металлическую перегородку, разделяющую эти торцы и намагниченный гиромагнитный резонатор. Последний расположен над металлической перегородкой в области соединения центральных проводников с ней. Плоскость, в которой расположены отрезки микрополосковой линии, перпендикулярна направлению намагничивания.

Недостатками прототипа, так же как и у других известных фильтров, являются низкая скорость перестройки фильтра из-за возникновения токов Фуко в заземляющих слоях металлизации отрезков микрополосковой линии, перпендикулярных магнитному потоку, и низкое заграждение вне полосы пропускания.

Цель изобретения увеличение скорости перестройки и заграждения вне полосы пропускания.

Поставленная цель достигается тем, что в полосно-пропускающий фильтр СВЧ, содержащий два соосных отрезка микрополосковой линии в одной плоскости, центральные проводники которых короткозамкнуты на обращенных один к другому торцах на заземленную металлическую перегородку, разделяющую эти торцы, намагниченный гиромагнитный резонатор, введен дополнительный намагниченный гиромагнитный резонатор, а в заземленной металлической перегородке выполнено отверстие связи, при этом намагниченный гиромагнитный резонатор и дополнительный намагниченный гиромагнитный резонатор охвачены конечными участками центральных проводников, выполненных в виде радиусных изгибов, и размещены на продольной оси отрезков микрополосковой линии, плоскость которых совмещена с направлением намагничивания. Над центральными проводниками отрезков микрополосковой линии размещен слой металлизации, соединенный с заземленной металлической перегородкой.

Положительные эффекты в предложенной конструкции фильтра обусловлены, во-первых, размещением заземляющих слоев металлизации в плоскости, параллельной направлению намагничивания, во-вторых, уменьшением паразитной связи между соосными отрезками микрополосковой линии через воздушное пространство над диэлектрической подложкой. При этом одновременно выполняются условия для гиромагнитного резонанса и сильной связи между гиромагнитным резонатором и отрезком линии передачи, обеспечивающие работу фильтра в режиме полосного пропускания с высокими параметрами.

На чертеже представлен полосно-пропускающий фильтр СВЧ.

Полосно-пропускающий фильтр СВЧ содержит два соосных отрезка 1, 1', мирополосковой линии в одной плоскости, центральные проводники 2,2' которых короткозамкнуты на обращенных один к другому торцах 3,3' на заземленную металлическую перегородку 4, разделяющую эти торцы. Кроме центральных проводников 2,2' отрезки 1,1' микрополосковой линии содержат диэлектрические подложки 5,5' и заземляющие слои металлизации 6,6'. Два намагниченных гиромагнитных резонатора 7,7' размещены на продольной оси отрезков микрополосковой линии по обе стороны от заземленной металлической перегородки 4 напротив отверстия связи 8, выполненного в ней.

Намагниченные гиромагнитные резисторы 7,7' охвачены частично конечными участками центральных проводников, выполненных в виде радиусных изгибов 9,9', и наполовину погружены в отверстия 10,10' диэлектрических подложек 5,5' на диэлектрических стержнях 11,11'. В диэлектрических подложках 5,5' между намагниченными гиромагнитными резонаторами 7,7' и отверстием связи 8 заземленной металлической перегородки 4 выполнены радиусные канавки 12,12'. Плоскость, в которой расположены отрезки 1,1' микрополосковой линии, совмещена с направлением намагничивания, т.е. перпендикулярна поперечному сечению полюсных наконечников 13 электромагнита 14. Катушки 15 служат для перестройки намагничивающего поля Н изменением тока. Вход I и выход II фильтра образованы отрезками 16, 16' коаксиальной линии, подключенными к отрезкам 1,1' микрополосковой линии.

Фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал СВЧ поступает в отрезок 1 микрополосковой линии и достигает конечного участка центрального проводника 2, короткозамкнутого на заземленную металлическую перегородку 4. Конечный участок проводника, выполненный в виде радиусного изгиба 9, формирует СВЧ магнитное поле h, направленное перпендикулярно плоскости отрезка 1 микрополосковой линии, которое действует на намагниченный гиромагнитный резонатор 7. Поскольку намагничивание гиромагнитного резонатора 5 полем Н происходит параллельно плоскости отрезка 1 микрополосковой линии, а следовательно, перпендикулярно СВЧ полю h, то создаются предпосылки для гиромагнитного резонансного взаимодействия. Когда частота сигнала совпадает с частотой намагниченного гиромагнитного резонатора 7, определяемой как
f= γH где γ- гиромагнитное отношение, равное 2,8 МГц/Э;
Н напряженность намагничивающего поля,
то происходит их взаимодействие и практически вся энергия сигнала поступает в намагниченный гиромагнитный резонатор. Намагниченный гиромагнитный резонатор 7 через отверстие связи 8 в металлической перегородке взаимодействует с гиромагнитным резонатором 7', размещенным в отрезке 1' микрополосковой линии, который настроен полем Н на ту частоту f, что и намагниченный гиромагнитный резонатор 7. В результате этого взаимодействия сигнал СВЧ из гиромагнитного резонатора 7 поступает в резонатор 7', а из последнего в отрезок микрополосковой линии 1' и далее на выход II. При этом резонансная передача сигнала с входа I на выход II осуществлена с небольшим ослаблением, так как связь между намагниченными гироманитными резонаторами 7,7', а также их с подводящими отрезками микрополосковой линии передачи может быть выполнена достаточно большой в данном фильтре путем из взаимного сближения и выбора диаметров радиусного изгиба, отверстия связи и толщины металлической перегородки.

Сигнал СВЧ, частота которого не совпадает с резонансной частотой намагниченных гиромагнитных резонаторов 7,7', не взаимодействует с ними. Основная часть этого сигнала, отражаясь от заземленной металлической перегородки 4, поступает обратно на вход I. Небольшая часть этого сигнала просачивается через отверстие связи 8 на выход II фильтра, определяя тем самым заграждение фильтра вне полосы пропускания.

Размещение заземляющих слоев металлизации 6,6' отрезков 1,1' микрополосковой линии в плоскости, параллельной направлению намагничивания, устраняет возникновение в них токов Фуко при перестройке намагничивающего поля, что обеспечивает повышение скорости перестройки частоты фильтра. Выполнение металлической перегородки высотой, превышающей толщину диэлектрических подложек (см. фиг.1), обусловливает уменьшение паразитной связи между соосными отрезками микрополосковой линии (через воздушное пространство над диэлектрической подложкой), что приводит к увеличению заграждения вне полосы пропускания. Дальнейшее увеличение заграждения вне полосы пропускания происходит при размещении над центральными проводниками отрезков микрополосковой линии слоя металлизации, соединенного с заземленной металлической перегородкой.

П р и м е р. Лабораторный образец предложенного двухзвенного полосно-пропускающего фильтра был выполнен в диапазоне частот 7-9 ГГц. Отрезки микрополосковой линии изготовлены на поликоровых подложках форматом 1х3х6 мм. Конечные участки центральных проводников, выполнены в виде радиусных изгибов (R=0,75 мм) вокруг сквозных отверстий диаметpом 1,3 мм в подложках, короткозамкнуты на обращенных один к другому торцах на заземленную металлическую перегородку, разделяющую эти торцы. Толщина металлической перегородки 0,1 мм, диаметр отверстия связи в перегородке 1,0 мм. В качестве намагниченных гиромагнитных резонаторов использовались сферы монокристаллического иттриевого феррограната марок 140 КГ, имеющие параметры:
намагниченность насыщения 1750 Гс, ширина линии гиромагнитного резонанса 0,8 Э, диаметр 0,6 мм. Расстояние между центрами намагниченных гиромагнитных резонаторов 1,2 мм. Намагничивание гиромагнитных резонаторов осуществлялось полем шихтованного электромагнита, направленным параллельно плоскости отрезков микрополосковой линии. Быстрая перестройка частоты осуществлялась с помощью дополнительной катушки управления, на которую подавался прямоугольный импульс тока. Фильтр обеспечивал следующие параметры:
потери пропускания, дБ ≅2,0;
ширина полосы пропускания, МГц 40;
заграждение вне полосы пропускания, дБ ≥45;
время перестройки частоты на 200 МГц, мкс ≈1.

Однозвенный полосно-пропускающий фильтр, близкий по конструктивному исполнению к прототипу, обеспечивал в диапазоне частот 7-9 ГГц следующие параметры:
потери пропускания, дБ 1,3;
ширина полосы пропускания, МГц 20-30;
заграждение вне полосы пропускания, дБ ≥20;
время перестройки частоты на 200 МГц, мкс ≈12.

Таким образом, предложенный фильтр имеет преимущество в сравнении с прототипом в заграждении и времени (скорости) перестройки.

Полосно-пропускающий фильтр СВЧ относится к перестраиваемым гиромагнитным фильтрам и предназначен для использования в радиотехнических устройствах СВЧ. Целью изобретения является увеличение скорости перестройки и заграждения вне полосы пропускания. Для этого в фильтр введен дополнительный намагниченный гиромагнитный резонатор 7 и выполнено отверстие связи 8 в мателлической перегородке 4. Гиромагнитные резонаторы 7 и 7′ охвачены конечными участками центральных проводников микрополосковой линии, выполненных в виде радиусных изгибов 9 и 9′ При этом их плоскость совмещена с направлением намагничивания, а над центральными проводниками микрополосковой линии размещен слой металлизации, соединенный с заземленной металлической перегородкой 4. 2 ил.

1. ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР СВЧ, содержащий два соосных отрезка микрополосковой линии в одной плоскости, центральные проводники которых короткозамкнуты на обращенных один к другому торцах на заземленную металлическую перегородку, разделяющую эти торцы, намагниченный гироманитный резонатор, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости перестройки и заграждения вне полосы пропускания, в него введен дополнительный намагниченный гиромагнитный резонатор, а в заземленной металлической перегородке выполнено отверстие связи, при этом намагниченный гидромагнитный резонатор и дополнительный намагниченный гиромагнитный резонатор охвачены конечными участками центральных проводников, выполненных в виде радиусных изгибов, и размещены на продольной оси отрезков микрополосковой линии, плоскость которых совмещена с направлением намагничивания. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что над центральными проводниками отрезков микрополосковой линии размещен слой металлизации, соединенный с заземленной металлической перегородкой.