Полосно-пропускающий фильтр

Полосно-пропускающий фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования преимущественно в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн.

Известны полосно-пропускающие фильтры с соосным расположением открытых дисковых диэлектрических резонаторов (см. Диэлектрические резонаторы / под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.246-253, рис.10.10), содержащие отрезок цилиндрического волновода, выполняющего функцию экрана запредельного в рабочей полосе частот фильтра, и открытые дисковые диэлектрические резонаторы с низшим видом колебаний, число которых равно числу звеньев фильтра и каждый из которых установлен соосно в отрезке цилиндрического волновода и удерживается в нем с помощью диэлектрической втулки, а каждый из концов экрана закорочен металлической торцевой стенкой, перпендикулярной продольной оси экрана, на которых для связи с подводящими линиями установлены элементы связи, выполненные в виде проводников подключенных к центральным проводникам коаксиальных разъемов, установленных на торцевых стенках.

Однако такие полосно-пропускающие фильтры характеризуются широким спектром близких к рабочей полосе частот паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых дисковых диэлектрических резонаторов. Ординарное значение отстроек с применением специальных мер, в том числе применение диэлектрических втулок из диэлектриков с малой (единицы) относительной диэлектрической проницаемостью, составляет примерно 30%. Причем для фильтров, предназначенных для работы в трактах высокого уровня мощности, в которых для обеспечения хорошего теплоотвода от открытых дисковых диэлектрических резонаторов используются диэлектрические втулки из более плотных диэлектриков (например, борнилит, поликор, кварц и т.п.) паразитные полосы пропускания резко приближаются к рабочей полосе частот (до единиц процента) за счет приближения высших видов колебаний к частоте низшего (рабочего) вида.

Известны полосно-пропускающие фильтры с планарным размещением открытых диэлектрических резонаторов (см. Диэлектрические резонаторы / под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.250, рис 10.12), которые содержат отрезок запредельного в рабочей полосе частот фильтра волновода, в котором на подставках из диэлектрика размещены открытые дисковые диэлектрические резонаторы с низшим видом колебаний. Подставки одновременно с функцией крепления резонаторов обеспечивают требуемый теплоотвод, необходимый для работы фильтра в трактах с высоким (выше 10 Вт) уровнем мощности.

Однако такие планарные фильтры характеризуются широким спектром близких к рабочей полосе частот паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых дисковых диэлектрических резонаторов, который возрастает по мере роста диэлектрической плотности подставок. Кроме того, эти фильтры весьма трудоемки в настройке требуемых частотных характеристик, так как этот процесс сопряжен либо с перемещением резонаторов внутри замкнутого объема, либо с применением диафрагм, разделяющих запредельную полость на промежуточные объемы, каждый из которых содержит свой резонатор, а требуемые для реализации частотной характеристики фильтра электромагнитные связи между резонаторами достигаются введением дополнительных элементов настройки, например, винтов, которые обогащают спектр паразитных частот.

Наиболее близкими к предлагаемому полосно-пропускающему фильтру являются фильтры, описанные в патенте РФ №2185694, МПК⁷ H01P 7/10, опубл. 20.07.2002 г., содержащие отрезок цилиндрического волновода, выполняющего функцию экрана запредельного в рабочей полосе частот фильтра, состоящего из n полых цилиндрических секций по целому числу звеньев фильтра, при этом n≥1, которые выполнены с уступами по внешнему и внутреннему диаметрам и имеют на концах резьбы и частично входят одна в другую, а на внешней поверхности полых цилиндрических секций расположены контргайки, и n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с низшим видом колебаний, каждый из которых установлен в соответствующей полой цилиндрической секции и удерживается в ней с помощью диэлектрического держателя, а на каждом из концов экрана с помощью резьбовых соединений дополнительно установлены оконечные полые цилиндрические металлические секции, каждая из которых на одном конце имеет металлическую торцевую стенку, перпендикулярную продольной оси экрана, на которых для связи с подводящими линиями установлены элементы связи, выполненные в виде проводников подключенных к центральным проводникам коаксиальных разъемов, установленных на металлических торцевых стенках оконечных полых металлических секций.

Однако такие полосно-пропускающие фильтры характеризуются широким спектром близких к рабочей полосе частот паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых дисковых диэлектрических резонаторов, а для фильтров, предназначенных для работы в трактах высокого уровня мощности, в которых для обеспечения хорошего теплоотвода от открытых дисковых диэлектрических резонаторов используются диэлектрические втулки из более плотных диэлектриков (например, борнилит, поликор, кварц и т.п.), паразитные полосы пропускания резко приближаются к рабочей полосе частот (до единиц процента) за счет приближения высших видов колебаний к частоте низшего (рабочего) вида.

Технической задачей изобретения является подавление паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов полосно-пропускающих фильтров в сочетании с обеспечением хорошего теплоотвода от открытых диэлектрических резонаторов и простотой настройки требуемой частотной характеристики фильтра.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном полосно-пропускающем фильтре, содержащем n секций, где n≥3 - целое число, выполненных в виде полых металлических цилиндров с резьбами на концах, установленных соосно и соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и n-2 открытых диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, установленном в полом металлическом цилиндре, оконечные секции внешнего цилиндрического экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из которых расположен элемент связи, например петлевой, один из концов которого соединен с центральным проводником коаксиального разъема, держатели выполнены в виде уголков с плоскими стенками из проводящего материала, например меди, плоские стенки уголков расположены параллельно оси полых металлических цилиндров и соединены с их внутренней поверхностью, каждый диэлектрический резонатор выполнен в виде сектора диэлектрического диска, угол которого выполнен равным углу уголков держателей с плоскими стенками, а плоскости поверхности сектора диэлектрического диска, параллельные образующим его цилиндрической части, расположены на плоских стенках соответствующего уголка держателя.

Кроме того, стенки каждого сектора диэлектрического диска, расположенные на плоских стенках соответствующего уголка, перпендикулярны друг другу.

Дополнительно внешняя к углу поверхность сектора диэлектрического диска выполнена в виде части цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция полосно-пропускающего фильтра, на фиг.2 представлен фрагмент конструкции полосно-пропускающего фильтра, а на фиг.3 показаны частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра.

Полосно-пропускающий фильтр содержит n секций, где n≥3 - целое число, выполненных в виде полых металлических цилиндров 1 с резьбами 2 и 3, расположенными на концах, установленных соосно и соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран 5, и n-2 открытых диэлектрических резонаторов 6, выполненных в виде секторов, каждый из которых установлен в держателе, выполненном в виде уголков 7 с плоскими стенками 8 из проводящего материала, например меди, плоские стенки 8 уголков 7 параллельны осям полых металлических цилиндров 1 и присоединены к их внутренней поверхности 9, оконечные секции 10 и 11 экрана 5, выполненные с металлическими торцевыми стенками 12 и 13. В каждой из оконечных секций 10 и 11 экрана 5 установлен элемент связи 14, например петлевой, к одному из концов элемента связи 14 присоединен центральный проводник 15 коаксиального разъема 16. Причем угол секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6 совпадает с углом уголков 7 из проводящего материала и плоскости 17 поверхности секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6, параллельные образующим цилиндрической поверхности дисковых диэлектрических резонаторов 6, расположены на плоских стенках 8 уголков 7.

Стенки секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6 могут быть расположены перпендикулярно друг другу.

Дополнительно внешняя к углу поверхность сектора дискового диэлектрического резонатора 6 может быть выполнена в виде цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров 1.

Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.

После подключения коаксиальных разъемов 16 в цепь с распространяющейся СВЧ-волной элементы связи 14, установленные в оконечных секциях 10 экрана 5, обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи. Выполнение отдельных секций фильтра в виде полых металлических цилиндров 1, соединенных между собой и образующих единый металлический цилиндрический экран 5, запредельный в рабочей полосе частот фильтра, исключает внеполосную передачу энергии между входом и выходом и обеспечивает электромагнитную связь открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 между собой.

Резьбы 2 и 3 на полых металлических цилиндрах 1, образующих внешний цилиндрический экран 5, за счет возможности изменения расстояний между открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 6 друг относительно друга позволяют в необходимых для корректировки частотной характеристики фильтра пределах регулировать коэффициенты связи между открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 6 и, кроме того, за счет изменения расстояний между крайними открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 6 и элементами связи 14 регулировать коэффициенты связи между ними, то есть связь крайних резонаторов 6 с подводящими линиями.

Число секций n определяет число резонансных звеньев (n-2), которое в свою очередь связано с видом необходимой частотной характеристики фильтра. Например, трехзвенный фильтр обычно реализует полосу пропускания порядка 1-1,5%, а семизвенный обеспечивает полосу 4-5%.

Выполнение открытых диэлектрических резонаторов 6 в виде секторов, каждый из которых установлен в держателе, выполненном в виде уголков 7 с плоскими стенками 8 из проводящего материала, например меди, обеспечивает эффективное подавление паразитных полос пропускания фильтра, которые возникают за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов 6, кроме того, обеспечивает эффективный отвод тепла от открытых диэлектрических резонаторов 6 через внутреннюю поверхность 9 полых металлических цилиндров 1 во внешнее пространство.

Экспериментально установлено, что если угол секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6, совпадающий с углом уголков 7 из проводящего материала, прямой, то есть когда стенки секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6 могут быть расположены перпендикулярно друг другу, то эффективная добротность резонаторов выше, а соответственно и потери в полосе пропускания фильтра меньше, чем при иных значениях углов.

Кроме того, если внешняя к углу поверхность сектора дискового диэлектрического резонатора 6 выполнена в виде цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров 1, то уменьшается тепловое сопротивление и улучшается отвод тепла от дисковых диэлектрических резонаторов 6. Это позволяет применять фильтры в трактах с канализируемой мощностью, превышающей уровень 100 Вт.

Применение изобретения позволило создать в диапазоне частот 3-7 ГГц девятизвенные полосно-пропускающие фильтры с открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами (полоса пропускания ˜ 3%, потери в полосе не хуже 2 дБ), обладающие отстройкой паразитных полос пропускания на 1,5 ГГц, а в пределах полосы запирания обеспечивающие уровень затухания > - 80 дБ, предназначенные для работы в трактах с уровнем мощности 100 Вт.

1. Полосно-пропускающий фильтр, содержащий n секций, где n≥3 - целое число, выполненных в виде полых металлических цилиндров с резьбами на концах, установленных соосно и соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и n-2 диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, установленном в полом металлическом цилиндре, оконечные секции внешнего цилиндрического экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из которых расположен элемент связи, например, петлевой, один из концов которого соединен с центральным проводником коаксиального разъема, отличающийся тем, что держатели выполнены в виде уголков с плоскими стенками из проводящего материала, например меди, плоские стенки уголков расположены параллельно оси полых металлических цилиндров и соединены с их внутренней поверхностью, каждый диэлектрический резонатор выполнен в виде сектора диэлектрического диска, угол которого выполнен равным углу уголков держателей с плоскими стенками, а плоскости поверхности каждого сектора диэлектрического диска, параллельные образующим его цилиндрической части, расположены на плоских стенках соответствующего уголка держателя.

2. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что стенки каждого сектора диэлектрического диска, расположенные на плоских стенках соответствующего уголка, перпендикулярны друг другу.

3. Полосно-пропускающий фильтр по п.2, отличающийся тем, что внешняя к углу поверхность сектора диэлектрического диска выполнена в виде части цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров.