Волноводный направленный фильтр Советский патент 1992 года по МПК H01P1/207 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в системах различного назначения для селекции сигналов.

Известна конструкция полосового волноводного направленного фильтра, волноводы связи которой в выделяемой полосе частот переходят из полосы прозрачности в полосу отсечки, т.е. выделяемая полоса частот расположена по разные стороны критической частоты волновода (элемента) связи. Направленный фильтр такого типа представляет собой ответвитель на взаимно пер- пендикулярных волноводах с двумя элементами связи в виде прямоугольных щелей.

Известен направленный фильтр, содержащий основной и вспомогательный волноводы, которые взаимно перпендикулярны.

Общая стенка волноводов имеет квадратное поперечное сечение. Область связи фильтра представляет собой совокупность двух одинаковых волноводов связи прямоугольного сечения. Центры этих волноводов расположены на диагонали общей стенки волноводов размерами а х а, где а - широкая стенка основного (вспомогательного) волновода.

Волноводы связи ориентированы ортогонально один другому, их продольные оси лежат о плоскости, ориентированной под углом 45° к продольным осям соединяемых волноводов, перпендикулярно им

Критическая частота основного типа колебаний волноводов связи совпадает с резонансной частотой волноводного направленного фильтра.

Недостатком известной конструкции являются потери в элементах связи в полосе пропускания. Потери фильтра пспядка 4,0- 4,5 дБ обусловлены тем, что вблизи критической частоты волновода потери п нем значительны и без учета конечной проводимости материала, образующего стойки волновода, стремятся к бесконечности при .

(Л

С

xj ел

00

VJ

ю со

Цель изобретения - уменьшение потерь фильтра в выделяемой полосе частот.

Указанная цель достигается тем, что в качестве элементов связи направленного фильтра используются отрезки волноводов, у которых критическая длина волны основного типа колебаний величина постоянная по его длине, а высота плавно изменяется.

При решении этой задачи вполне реальна проблема оптимизации профиля волновода связи. В качестве исходного варианта можно использовать волновод связи с линейным законом изменения высоты.

Как известно, коэффициент затухания в стенках прямоугольного волновода для волны основного типа Ню

2 b

Ф+пгСтгЛ

bzVl -(Я/2 а.)2

дБ/м,

где р- удельное сопротивление материала стенок волновода;

,м - абсолютная магнитная проницаемость;

г - 377 Ом - волновое сопротивление среды для волны типа Т;

а - размер широкой стенки волновода;

b - размер узкой стенки волновода.

Если два прямоугольных волновода различаются только по высоте, то с учетом вышеприведенного соотношения отношение их коэффициентов затухания в некотором диапазоне длин волн выражается следующей формулой:

2bi

а

(Xi

Ь1 1 +

2 Ь2

а 2а

Эта формула не имеет каких-либо особенностей при Я - 2а и может быть использована для оценки коэффициента затухания волновода в диапазоне длин волн, примыкающих к критической длине волны, при условии экспериментального определения коэффициента затухания для одного частотного случая.

Из приведенного соотношения видно, что потери в волноводе связи на частотах, близких к критической, будут уменьшаться с увеличением высоты прямоугольного волновода связи.

Однако увеличение высоты волновода связи по всей его длине приведет к соответствующим изменениям критических длин волн колебаний типа Hoi и En. Они,остава- ясь в полосе отсечки, будут приближаться к рабочему диапазону длин волн фильтра

(Акр . доминантной волны Ню). Увеличение влияния волн высших типов приведет к искажениям передаточной характеристики фильтра и к резкому снижению его направленности.

При равенстве сторон волновода связи (а Ь) в нем будут одновременно возбуждаться две волны разной поляризации (Ню и Hoi),a также существенно возрастет и нео0 днородность емкостного характера, связанная с волной типа Еи.

В то же время для обеспечения высокой направленности фильтра в рабочем диапазоне длин волн требуется, чтобы волновод

5 связи работал на одном типе волны и входные неоднородности как в основном,так и во вспомогательном волноводах емкостного и индуктивного характера были минимально возможными.

0С учетом изложенного, снижения потерь фильтра без ухудшения других его параметров можно достигнуть путем использования в качестве элементов связи направленного фильтра отрезков волново5 которых критическая длина волны основного типа колебаний величина постоянная по его длине, а высота плавно изменяется.

На фиг. 1 представлен волноводный на0 правленный фильтр; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Фильтр содержит основной 1 и вспомогательный 2 взаимно перпендикулярные волноводы, область связи 3 и волноводы

5 связи 4.

Плоскость симметрии для обоих волноводов связи направленного фильтра с неоднородными волноводами связи приведена на фиг. 2, перпендикулярна широким стен0 кам одного волновода связи и параллельна широким стенкам другого и расположена под углом 45° к продольным осям соединяемых волноводов 1 и 2.

Волноводы связи 4 имеют наименьшую

5 высоту Ьш в месте соединения их с основным 1 и вспомогательным 2 волноводами фильтра. Высота волноводов связи увеличивается по линейному закону к середине их длины - щ. Это позволяет, с одной стороны,

0 уменьшить потери, которые вносятся волноводами связи в области длин волн, прилегающих к критической длине волны ЯКрш 2 аш, с другой стороны, не увеличивать резко неоднородности в месте включения

5 шлейфов, связанные с волнами высших типов, т.е. сохранить высокую направленность устройства.

Область связи фильтра 3 состоит из двух пластин, в каждой из которых выполняются

расширяющиеся по высоте волноводы связи.

Экспериментальные исследования макета такого фильтра подтвердили правильность теоретических положений о возможности снижения вносимых фильтром потерь до величины 1,5 дБ путем использования неоднородных по высоте волноводов связи.

Таким образом, предлагаемое устройство фильтра позволяет существенно улучшить основную его характеристику без ухудшения других, например направленности во вторичном канале,

Формула изобретения

Волноводный направленный фильтр, содержащий два отрезка прямоугольного

0

5

волновода, широкие стенки которых параллельны, а продольные оси расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и соединены между собой двумя волноводами связи прямоугольного поперечного сечения, ориентированными ортогонально один другому, а продольные оси которых расположены в плоскости, ориентированной под углом 45° к продольным осям отрезков прямоугольного волновода, перпендикулярно к ним, причем критическая частота волноводов связи совпадает с резонансной частотой волноводного направленного фильтра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь в полосе пропускания, высота волноводов связи плавно увеличивается от концов к середине их длины.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для селекции сигналов. Целью изобретения является уменьшение потерь в полосе пропускания. Волноводный направленный фильтр содержит два отрезка прямоугольного волновода 1 и 2, широкие стенки которых параллельны, а продольные оси расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, соединенные между собой двумя волноводами связи 4 прямоугольного поперечного сечения, высота которых плавно увеличивается от концов к середине их длины. Волноводы связи 4 ориентированы ортогонально один другому, их продольные оси расположены в плоскости, ориентированной под углом 45° к продольным осям отрезков прямоугольного волновода 1 и 2 перпендикулярно им. Критическая частота волноводов связи 4 совпадает с резонансной частотой волноводного направленного фильтра. 2 ил.

Фиг.1