Частотный разделитель на коаксиальных диэлектрических резонаторах

 

Использование: радиотехника СВЧ-диапазона в приемопередающих радиотехнических системах. Сущность изобретения: частотный разделитель на коаксиальных диэлектрических резонаторах содержит корпус с входным и двумя выходными коаксиальными разъемами. Внутри размещены два полосовых фильтра на коаксиальных диэлектрических резонаторах, конденсаторы связи и согласующе-развязывающее устройство в виде двух встречно включенных магнитно связанных катушек индуктивности. Общая точка катушек индуктивности соединена с центральным контактом входного разъема, а противоположные концы катушек - с конденсаторами связи. Количество витков катушек индуктивности определяется величиной емкостей конденсаторов связи. 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ-диапазона и может быть использовано в приемных, передающих и приемопередающих радиотехнических системах дециметрового и сантиметрового диапазонов волн.

Применяемые в технике частотные разделители (дуплексеры, диплексеры и мультиплексеры) обеспечивают разделение (выделение) из одного или объединение (соединение) в один канал сигналов, различающихся по частоте. Они могут быть реализованы на фильтрах, выполненных из различных типов резонаторов: волноводных, коаксиальных, полосковых и микрополосковых, а также на диэлектрических. Волноводные разделители отличаются малыми потерями и большой мощностью разделяемых сигналов, но имеют большие габаритные размеры, массу и металлоемкость. Несколько меньшие размеры у разделителей на коаксиальных резонаторах, Самые миниатюрные частотные разделители реализуются на микрополосковых резонаторах. Однако виду низкой собственной добротности таких резонаторов (не более 250.280), разделители вносят большие потери мощности фильтруемых сигналов.

Поэтому по совокупности таких параметров, как вносимые потери, габаритные размеры, масса, металлоемкость, а также температурная стабильность характеристик, наиболее перспективными являются разделители на диэлектрических резонаторах, например, известный 96-канальный частотный разделитель на ДР выполнен в виде коаксиального устройства, центральный проводник которого возбуждает ДР, настроенные на различные частоты и размещенные в отдельных секториальных камерах. Это устройство имеет хорошие характеристики и массогабаритные параметры. Для развязки канальных фильтров применены секториальные перегородки экраны. Это усложняет устройство, а также затрудняет его настройку.

Известны различные конструкции частотных-разделителей (ЧР), выполненных на ДР. Простейший ЧР дуплексер, имеет коаксиальный входной разъем, центральный контакт которого соединен со штырем, возбуждающим первые (входные) резонаторы канальных фильтров, выходы которых связаны штыревыми возбудителями с выходными коаксиальными разъемами [1] Такой ЧР отличается простотой конструкции, но настройка его чрезвычайно затруднена из-за влияния канальных фильтров друг на друга. Кроме того, это ухудшает развязку между канальными фильтрами. Для устранения этих недостатков применяют различные способы улучшения согласования и развязки. Между входным разъемом и фильтрами известного ЧР введен трехплечий циркулятор. Это, во-первых, усложняет конструкцию, а во-вторых, существенно повышает стоимость изделия. Известны и другие способы улучшения согласования и развязки: введение дополнительных элементов, резонаторов, компенсирующих реактивности канальных фильтров. Во всех этих случаях усложняется конструкция, повышается стоимость устройства. Поэтому техническая задача обычно заключается в обеспечении хорошего согласования и развязки между канальными фильтрами при простоте конструкции, дешевизны и технологичности изготовления устройства.

В дециметровом диапазоне волн перспективными фильтрами с точки зрения габаритов, массы и хороших электрических характеристик являются фильтры и частотные разделители (ЧР) на коаксиальных ДР. Таким простейшим ЧР, наиболее близким к предложенному является частотный разделитель на коаксиальных ДР, который содержит корпус с входным и выходным коаксиальными разъемами, внутри которого размещены полосовые фильтры на каскадно соединенных коаксиальных ДР [2] Первые резонаторы фильтров возбуждаются через емкости конденсаторов связи входным элементом, а последние соединены с выходами разделителя.

Достоинствами такого разделителя являются малые размеры, масса и металлоемкость, незначительные потери в полосах пропускания фильтров. Кроме того, преимущество такого разделителя заключается в том, что он реализован на однотипных фильтрах, нагруженных с двух сторон. Однако обладающие смежными полосами пропускания фильтры вносят большие реактивности емкостного характера в сопротивление общей для них входной нагрузки разделителя в полосе пропускания другого фильтра. Это приводит к ухудшению согласования входных сопротивлений фильтров и входа разделителя, а также уменьшению развязки между канальными фильтрами.

Для устранения этих недостатков, т.е. для улучшения согласования входа разделителя с фильтрами и увеличения развязки между ними при обеспечении простоты настройки, технологичности изготовления разделителя, предлагается между входным разъемом разделителя и входными резонаторами фильтров ввести согласующе-развязывающее устройство, выполненное в виде двух встречновключенных катушек индуктивности, размещенных на одной оси и подключенных общей точкой к центральному контакту входного разъема, а противоположными концами к конденсаторам связи входных резонаторов фильтров, причем количество витков катушек индуктивности определяется величиной емкостей конденсаторов связи.

На фиг. 1 изображен предложенный разделитель, общий вид; на фиг. 2 согласующее устройство; на фиг. 3 торцевая поверхность резонатора с нанесенными на ней металлизированными контактными площадками, образующими конденсаторы связи; на фиг. 4 непосредственное подключение фильтров к входу разделителя; на фиг. 5 подключение фильтров к входу разделителя через согласующее устройство; на фиг. 6 показан принцип действия согласующе-развязывающего устройства.

В корпусе 1, закрываемом крышкой 2, с входным 3 и выходными разъемами размещены первый 6 и второй 7 полосовые фильтры на трех коаксиальных диэлектрических резонаторах 8-13, каждый (количество резонаторов в каждом фильтре может быть произвольным). Между фильтрами и входным разъемом разделителя введено согласующе-развязывающее устройство, выполненное в виде двух катушек индуктивности 14 и 15, включенных встречно, размещенных на одной оси 16 (см. фиг. 2) и подключенных общей точкой к центральному контакту разъема 3. Противоположные концы катушек 14 и 15 подключены к конденсаторам связи 17, 18 резонаторов 10 и 13. Конденсаторы выполнены в виде контактных площадок, нанесенных на торцевые поверхности резонаторов.

Поскольку каждый фильтр 6, 7 рассчитывается, а затем и настраивается отдельно на чисто активные нагрузки с обеих сторон (этим достигается простота настройки и технологичность изготовления ЧР), то при простом соединении их входов и подключении к входному разъему (см. фиг. 4), характеристики фильтров сильно искажаются. Это обусловлено тем, что хотя в своей полосе пропускания каждый фильтр имеет практически активное сопротивление, вне ее он имеет большое реактивное сопротивление, в данном случае (для такого типа фильтров с емкостными связями) емкостного характера (-jX₆, -jX₇). Поэтому фильтр 6 будет вносить большую реактивную составляющую -jX₆ во входную нагрузку в полосе пропускания фильтра 7, а фильтр 7 (-jX₇) в полосе пропускания фильтра 6. Искажение характеристик фильтров выражается в плохом согласовании (большое и неравномерное КСВН) входа разделителя с входами фильтров и при ухудшении развязки между канальными фильтрами.

На фиг. 4 показана эквивалентная упрощенная электрическая схема непосредственного подключения разделителя к источнику сигналов.

Согласующе-развязывающее устройство выполнено в виде катушек индуктивности 14 и 15, поэтому их реактивное сопротивление носит индуктивный характер (+jХ₁₄, +jX₁₅. Величины этих реактивностей подбираются экспериментально или рассчитываются примерно равными емкостным входным сопротивлениям фильтров (Х₆ ≈ Х₁₄ и Х₇ ≈ Х₁₅) и компенсируют их (см. фиг. 5).

Таким образом, введение указанных катушек индуктивности, компенсирующих емкостные сопротивления фильтров в полосах пропускания смежных фильтров, улучшает согласование входа разделителя с фильтрами. Встречное включение катушек индуктивности улучшает развязку между канальными фильтрами. Пояснение этого эффекта показано на фиг. 6.

Допустим сигнал распространяется от фильтра 6 в сторону разъема 3 и фильтра 7. Тогда по катушке 14 протекает ток I₁¹⁴, который разветвляется к разъему 3 I₁³ и в катушку 15 I₁¹⁵. Причем I₁¹⁴ I₁³ + I₁¹⁵. Т.е. по катушке 15 протекает ток I₁¹⁵ слева направо. Между встречновключенными катушками существует индуктивная связь, поэтому магнитное поле катушки 14, пронизывая витки катушки 15, наводит в ней магнитное поле, которое создает ток в катушке I₂¹⁵, противоположно направленный току I₁¹⁵, и тем самым компенсирует его, т. е. встречное включение катушек приводит к тому, что токи, протекаемые от одного фильтра, не попадают к другому, и увеличивается развязка между фильтрами.

Таким образом, благодаря введению указанного согласующе-развязывающего устройства улучшается согласование и увеличивается развязка между фильтрами, упрощается настройка, обусловленная раздельной настройкой канальных фильтров с последующим их подключением и подстройкой устройства согласования и сохранением минимальных размеров и массы разделителя.

Формула изобретения

Частотный разделитель на коаксиальных диэлектрических резонаторах, содержащий корпус с входным и выходными разъемами, внутри которого размещены два полосовых фильтра, выполненных на каскадно соединенных коаксиальных диэлектрических резонаторах, и конденсаторы связи, соединенные с входными коаксиальными диэлектрическими резонаторами полосовых фильтров соответственно, отличающийся тем, что введено согласующе-развязывающее устройство, выполненное в виде двух встречно включенных магнитно связанных катушек индуктивности, размещенных на одной оси и подключенных общей точкой к центральному контакту входного разъема, а противоположными концами к конденсаторам связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6