Полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике СВЧ. Техническим результатом является улучшение теплоотвода от открытых дисковых диэлектрических резонаторов при сохранении высокой эффективной собственной добротности резонансных звеньев фильтра и высоких электрических характеристик фильтра. Полосно-пропускающий фильтр содержит полый металлический экран (МЭ) (1), на концах которого установлены присоединители (2) к трактам подводящих линий, n открытых дисковых (ОД) диэлектрических резонаторов (3), где целое число n≥1, держатели в виде металлических штырей (МШ) (4), торцевые поверхности которых припаяны к внутренней поверхности (5) полого МЭ (1). На противоположные торцевые поверхности каждого из трех МШ (4) одинаковой длины приклеены плоской поверхностью ОД диэлектрические резонаторы (3). После подключения присоединителей (2) в цепь с распространяющейся СВЧ-волной крайние ОД диэлектрические резонаторы (3) обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр-линия передачи. Полый МЭ (1), запредельный в рабочей полосе частот фильтра, исключает внеполосную передачу энергии между входом и выходом и обеспечивает электромагнитную связь ОД диэлектрических резонаторов (3) между собой. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для создания полосно-пропускающих фильтров на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов преимущественно в сантиметровом диапазоне длин волн.

Известна конструкция попоено-пропускающего фильтра, содержащего n-секций, где n - число резонансных звеньев, выполненных в виде полых металлических цилиндров, снабженных резьбами, расположенными на концах, соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и (n-2) открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых с помощью держателя установлен в полом металлическом цилиндре секции, оконечные секции экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из оконечных секций экрана установлен элемент связи, например петлевой, к одному из концов элемента связи присоединен центральный проводник коаксиального разъема, плоские поверхности дисковых диэлектрических резонаторов размещены в полых металлических цилиндрах секций параллельно продольной оси полых металлических цилиндров, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде диэлектрических втулок, снабженных внутренним отверстием, соосным с соосным отверстием открытых дисковых диэлектрических резонаторов, в отверстиях размещен дополнительно введенный винт, один конец каждого из которых прикреплен к цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра, а на другом размещены дополнительно введенные диэлектрическая шайба и гайка (см. Диэлектрические резонаторы. / Под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.250, рис.10.12).

Однако такие фильтры при высоком теплоотводе характеризуются низкой эффективной собственной добротностью резонансных звеньев, а следовательно, недостаточно высокими электрическими характеристиками.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, на концах которого установлены присоединители, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с держателями, где n - целое число больше или равное единице, установленные в полом металлическом экране, и плоские поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов расположены параллельно продольной оси металлического экрана, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде цилиндрической втулки с осью, установленной перпендикулярно продольной оси металлического экрана, а каждый открытый дисковый диэлектрический резонатор закреплен, например, клеем к торцу цилиндрической втулки (см. Диэлектрические резонаторы. / Под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.224, рис.10.2, е).

Однако такие полосно-пропускающие фильтры при высокой эффективной собственной добротности резонансных звеньев и, соответственно, избирательности обладают плохим теплоотводом мощности от диэлектрических резонаторов, т.е. не пригодны к применению в трактах с высоким уровнем мощности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение теплоотвода от открытых дисковых диэлектрических резонаторов при сохранении высокой эффективной собственной добротности резонансных звеньев фильтра и, следовательно, высоких электрических характеристик фильтра.

Решение этой задачи достигается тем, что известный полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, на концах которого установлены присоединители, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с держателями, где целое число n≥1, установленные в полом металлическом экране, и плоские поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов расположены параллельно продольной оси металлического экрана, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде трех металлических штырей одинаковой длины, продольные оси которых параллельны оси открытого дискового диэлектрического резонатора, а торцы, обращенные к центральной оси полого металлического экрана, расположены в плоскости параллельной плоской поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых закреплен, например, клеем к торцам металлических штырей, которые равномерно расположены по периметру окружности с диаметром d₂, соосной с открытым дисковым диэлектрическим резонатором, диаметр d₂ выбран из условия 0,55d₁≤d₂≤0,65d₁, где d₁ диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, причем противоположные торцы металлических штырей присоединены, например, пайкой к внутренней поверхности полого металлического экрана.

Кроме того, в полосно-пропускающем фильтре в каждом металлическом штыре торцы могут быть выполнены в виде круга с диаметром d₃, который выбран из условия 0,22d₁≤d₃≤0,23d₁, где d₁ - диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора.

Дополнительно, в полосно-пропускающем фильтре в каждом металлическом штыре торцы могут быть выполнены в виде сектора кольца, внутренний диаметр которого d₄ выбран в диапазоне 0,42d₁≤d₄≤0,45d₁, а внешний диаметр d₅ сектора кольца выбран в диапазоне 0,85d₁≤d₅≤0,89d₁, где d₁ диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, при этом площадь S₁ каждого сектора кольца выбрана в пределах от 0,04 до 0,05 площади S плоской поверхности открытого дискового диэлектрического резонатора.

Кроме того, в полосно-пропускающем фильтре границы секторов колец торцов металлических штырей могут быть образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца.

Дополнительно, в полосно-пропускающем фильтре границы секторов колец торцов металлических штырей могут быть образованы криволинейными отрезками между внутренней и внешней окружностями колец.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез полосно-пропускающего фильтра, на фиг.2 показан фрагмент этого фильтра в изометрии, на фиг. 3 изображен вид торцевой поверхности металлического штыря в виде круга, на фиг.4 показан вид торцевой поверхности металлического штыря в виде сектора, когда границы сектора образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца, на фиг.5 представлен вид торцевой поверхности в виде сектора, когда границы сектора образованы криволинейными отрезками между внутренней и внешней окружностями кольца.

Полосно-пропускающий фильтр содержит полый металлический экран 1, на концах которого установлены присоединители 2 к трактам подводящих линий, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3, где целое число n≥1, держатели в виде металлических штырей 4, прикрепленные, например, пайкой одними из торцевых поверхностей к внутренней поверхности 5 полого металлического экрана 1. На противоположных торцевых поверхностях каждых трех из металлических штырей одинаковой длины закреплены, например, клеем, плоской поверхностью дисковые диэлектрические резонаторы 3.

Металлические штыри 4 присоединены к внутренней поверхности 5 полого металлического экрана 1, например, пайкой или сваркой.

Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.

После подключения присоединителей 2 в цепь с распространяющейся СВЧ-волной крайние открытые дисковые диэлектрические резонаторы 3 обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр-линия передачи. Полый металлический экран 1, запредельный в рабочей полосе частот фильтра, исключает внеполосную передачу энергии между входом и выходом и обеспечивает электромагнитную связь открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 между собой. Выполнение держателей каждого открытого дискового диэлектрического резонатора 3 в виде трех металлических штырей 4 и крепление открытого дискового диэлектрического резонатора 3 к ним, а металлических штырей 4 - к внутренней поверхности 5 полого металлического экрана 1 обеспечивает необходимый теплоотвод от резонаторов 3 на стенки экрана 1. Расположение продольных осей металлических штырей 4 параллельно оси открытого дискового диэлектрического резонатора 3 при равномерном расположении металлических штырей 4 по периметру окружности с диаметром d₂ соосной с открытым дисковым диэлектрическим резонатором, если диаметр d₂ выбрано из условия 0,55d₁≤d₂≤0,65d₁, где d₁ - диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, позволяет сохранить высокую (примерно равную 80% от величины собственной добротности открытого дискового диэлектрического резонатора 3) эффективную собственную добротность резонансного звена и фильтра в целом. Такое сочетание высокой добротности резонансного звена фильтра и высокого теплоотвода от него позволяет достичь высокой избирательности фильтра в трактах повышенной мощности.

Это определяет возможность применения полосно-пропускающего фильтра на диэлектрических резонаторах, планарно размещенных в полости запредельного экрана в трактах высокого (до 60 Вт) уровня мощности.

Число n открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 определяет число резонансных звеньев фильтра, формирующих его частотную характеристику. Сверху число n ограничено допустимым значением ослабления полезного сигнала в полосе пропускания фильтра. Обычно число резонансных звеньев фильтров на диэлектрических резонаторах не превышает 11, т.е. лежит в пределах от 1 до 11. Общее число металлических штырей 4 равно утроенному числу открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3.

Экспериментально установлено, что лучшими параметрами обладают полосно-пропускающие фильтры, у которых в каждом металлическом штыре 4 торцы выполнены в виде круга с диаметром d₃, который выбран из условия 0,22d₁≤d₃≤0,23d₁ от диаметра d₁ торца открытого дискового диэлектрического резонатора 3.

Эксперимент показал, что при выполнении поперечного сечения торца каждого металлического штыря 4 в виде сектора кольца, внутренний диаметр которого d₄ выбран в диапазоне 0,42d₁≤d₄≤0,45d₁, а внешний диаметр d₅ сектора кольца выбран в диапазоне 0,85d₁≤d₅≤0,89d₁ диаметра диэлектрического резонатора 3, при этом площадь S₁ каждого сектора кольца выбрана в пределах от 0,04 до 0,05 площади S плоской поверхности открытого дискового диэлектрического резонатора 3, еще значительней улучшаются характеристики полосно-пропускающего фильтра.

Если в полосно-пропускающем фильтре границы секторов колец торцов металлических штырей 4 образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца, то это также улучшает характеристики полосно-пропускающего фильтра.

Согласно проведенному эксперименту самые хорошие характеристики в полосно-пропускающем фильтре достигаются, если границы секторов колец торцов металлических штырей 4 образованы криволинейными отрезками (например, отрезки окружностей) между внутренней и внешней окружностями колец.

Использование изобретения позволило создать в диапазоне частот 10-15 ГГц семизвенные полосно-пропускающие фильтры с открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами (полоса пропускания ~1,5%, потери в полосе не хуже 1 дБ), предназначенные для работы в трактах с уровнем мощности до 60 Вт.

1. Полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, на концах которого установлены присоединители, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с держателями, где целое число n≥1, установленные в полом металлическом экране, и плоские поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов расположены параллельно продольной оси металлического экрана, отличающийся тем, что держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде трех металлических штырей одинаковой длины, продольные оси которых параллельны оси открытого дискового диэлектрического резонатора, а торцы, обращенные к центральной оси полого металлического экрана, расположены в плоскости, параллельной плоской поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых закреплен клеем к торцам металлических штырей, которые равномерно расположены по периметру окружности с диаметром d₂, соосной с открытым дисковым диэлектрическим резонатором, диаметр d₂ выбран из условия 0,55d₁≤d₂≤0,65d₁, где d₁ диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, причем противоположные торцы металлических штырей присоединены пайкой к внутренней поверхности полого металлического экрана.

2. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что в каждом металлическом штыре торцы выполнены в виде круга с диаметром d₃, который выбран из условия 0,22d₁≤d₃≤0,23d₁, где d₁ диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора.

3. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что в каждом металлическом штыре торцы выполнены в виде сектора кольца, внутренний диаметр которого d₄ выбран в диапазоне 0,42d₁≤d₄≤0,45d₁, а внешний диаметр d₅ сектора кольца выбран в диапазоне 0,85d₁≤d₅≤0,89d₁, где d₁ диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, при этом площадь S₁ каждого сектора кольца выбрана в пределах от 0,04 до 0,05 площади S плоской поверхности открытого дискового диэлектрического резонатора.

4. Полосно-пропускающий фильтр по п.3, отличающийся тем, что границы секторов колец торцов металлических штырей образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца.

5. Полосно-пропускающий фильтр по п.3, отличающийся тем, что границы секторов колец торцов металлических штырей образованы криволинейными отрезками между внутренней и внешней окружностями колец.