Полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике СВЧ. Техническим результатом является обеспечение подавления паразитных полос пропускания открытых диэлектрических резонаторов фильтров при обеспечении хорошего теплоотвода и простоты настройки частотной характеристики. Полосно-пропускающий фильтр содержит n секций, где n - число резонансных звеньев фильтра и равно n≥3. Секции выполнены в виде полых металлических цилиндров с резьбами, соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран. Фильтр содержит также n-2 открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, выполненном в виде диэлектрической подставки, и установлен в одном из полых металлических цилиндров. Оконечные секции экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками. В каждой из оконечных секций экрана установлен элемент связи, к одному из концов которого присоединен центральный проводник коаксиального разъема. Диэлектрические резонаторы имеют соосные отверстия, подставка также выполнена с внутренним отверстием, в отверстиях расположены крепежные элементы. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования в качестве полосно-пропускающих фильтров на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов 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), содержащие 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.

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, такие фильтры весьма трудоемки в настройке требуемых частотных характеристик, так как этот процесс сопряжен либо с перемещением резонаторов внутри замкнутого объема, либо 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 (как правило, винтов), которые обогащают спектр паразитных частот.

Наиболее близкими к предлагаемому полосно-пропускающему фильтру являются фильтры (патент РФ №2185694, МПК7 H 01 P 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 числу звеньев фильтра, которые выполнены с уступами по внешнему и внутреннему диаметрам на концах и снабжены резьбами и которые частично входят одна в другую, а на внешней поверхности полых цилиндрических секций расположены контргайки, и открытые дисковые диэлектрические резонаторы с низшим видом колебаний, число которых равно числу звеньев фильтра и каждый из которых установлен в соответствующей полой цилиндрической секции и удерживается в ней с помощью диэлектрической втулки, а на каждом из концов экрана с помощью резьбовых соединений установлены оконечные полые цилиндрические металлические секции, каждая из которых на одном конце закорочена 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 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.

Технической задачей предлагаемого изобретения является подавление паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов полосно-пропускающих фильтров при обеспечении 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 - число резонансных звеньев, выполненных в виде полых металлических цилиндров с резьбами, расположенными на концах, соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и n-2 открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, соединен с ним элементом крепления и установлен в полом металлическом цилиндре секции, оконечные секции экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из оконечных секций экрана расположен элемент связи, например петлевой, к одному из концов элемента связи присоединен центральный проводник коаксиального разъема, плоские поверхности дисковых диэлектрических резонаторов ориентированы в полых металлических цилиндрах секций параллельно продольной оси полых металлических цилиндров, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде диэлектрической подставки, соединенной с внутренней поверхностью полого металлического цилиндра.

Кроме того, открытые дисковые диэлектрические резонаторы могут быть выполнены с соосным отверстием, диэлектрические подставки могут быть выполнены в виде диэлектрических втулок с внутренним отверстием, соосным с соосным отверстием открытых дисковых диэлектрических резонаторов, в отверстиях размещены элементы крепления, выполненные в виде винтов, диэлектрических шайб и гаек, конец каждого из винтов прикреплен к цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра, а на другом расположена диэлектрическая шайба и гайка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез конструкции полосно-пропускающего фильтра, фиг.2 приведено резонансное звено фильтра, фиг.3 изображен продольный разрез резонансного звена фильтра, фиг.4 показан элемент связи фильтра, на фиг.5 представлена конструкция полосно-пропускающего фильтра, на фиг.6 изображены частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра по настоящему предложению.

Полосно-пропускающий фильтр содержит n секций, где n - число резонансных звеньев фильтра - целое число и равно n≥3. Секции выполнены в виде полых металлических цилиндров 1 с резьбами 2 и 3, соединенных между собой, зафиксированных контргайками 4 и образующих внешний цилиндрический экран 5. Кроме того, фильтр содержит n-2 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, каждый из которых расположен в держателе 7, выполненном в виде диэлектрической подставки, и установлен в одном из полых металлических цилиндров 1. Оконечные секции 8 экрана 5 выполнены с металлическими торцевыми стенками 9. В каждой из оконечных секций 8 экрана 5 установлен элемент связи 10, например петлевой, к одному из концов которого присоединен центральный проводник 11 коаксиального разъема 12.

Диэлектрическая подставка 7 каждого открытого дискового диэлектрического резонатора 6 соединена с внутренней поверхностью 13 полого металлического цилиндра 1.

Открытые дисковые диэлектрические резонаторы 6 имеют соосные отверстия 14, диэлектрическая подставка 7 выполнена с внутренним отверстием 15, соосным с соосным отверстием 14 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, в отверстиях расположены крепежные элементы, например, винты 16, конец каждого из которых прикреплен к цилиндрической поверхности 13 полого металлического цилиндра 1, а на другом установлены диэлектрическая шайба 17 и гайка 18.

Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.

После подключения коаксиальных разъемов 12 в цепь с распространяющейся СВЧ-волной элементы связи 10, установленные в оконечных секциях 8 экрана 5, обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи. Отдельные секции фильтра, выполненные в виде полых металлических цилиндров 1, соединенные между собой, образуют единый металлический цилиндрический экран 5, запредельный в рабочей полосе частот фильтра, что 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 взаимной ориентации осей открытых дисковых диэлектрических резонаторов 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 10 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%.

Экспериментально установлено, что если открытые дисковые диэлектрические резонаторы 6 выполнены с соосным отверстием 14, диэлектрические подставки 7 выполнены в виде диэлектрических втулок с внутренним отверстием 15, соосным с соосным отверстием 14 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, а в отверстиях разместить винты 16, и конец каждого винтов прикреплен к цилиндрической поверхности 13 полого металлического цилиндра 1, а на другом разместить диэлектрическую шайбу 17 и гайку 18, то можно достичь более эффективного подавления паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов 6. Кроме того, такое выполнение диэлектрических подставок 7 позволяет улучшить тепло-отвод от диэлектрических резонаторов 6, что позволяет применять такую конструкцию фильтра в трактах высокого уровня мощности.

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 1,4 дБ), обладающие отстройкой паразитных полос пропускания на 1 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 - число резонансных звеньев и n≥3, выполненных в виде полых металлических цилиндров, с резьбами, расположенными на концах, соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и (n-2) открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, соединен с ним элементом крепления и установлен в полом металлическом цилиндре секции, оконечные секции экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из оконечных секций экрана расположен элемент связи, например петлевой, к одному из концов элемента связи присоединен центральный проводник коаксиального разъема, отличающийся тем, что плоские поверхности дисковых диэлектрических резонаторов ориентированы в полых металлических цилиндрах секций параллельно продольной оси полых металлических цилиндров, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде диэлектрической подставки, соединенной с внутренней поверхностью полого металлического цилиндра.

2. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что открытые дисковые диэлектрические резонаторы выполнены с соосным отверстием, диэлектрические подставки выполнены в виде диэлектрических втулок с внутренним отверстием, соосным с соосным отверстием открытых дисковых диэлектрических резонаторов, в отверстиях размещены элементы крепления выполненные в виде винтов, диэлектрических шайб и гаек, конец каждого из винтов прикреплен к цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра, а на другом расположена диэлектрическая шайба и гайка.