Устройство для увеличения крутизны ачх свч-блока фильтров

Изобретение относиться к радиотехнике и технике сверхвысоких частот. Устройство для фильтрации СВЧ-сигналов, состоящее из полосопропускающего фильтра с внутренними связями между звеньями, режекторного фильтра, звенья которого настроены так, чтобы нули режекторных фильтров располагались максимально близко к полосе пропускания. Звенья режекторного фильтра имеют разные характеристики АЧХ по глубине и полосе режекции, линию задержки, которая является линией связи между фильтрами в устройстве и элементом регулирования АЧХ устройства. Полосовой фильтр соединен с первой регулируемой линией задержки, первая регулируемая линия задержки соединена с первым режекторным фильтром, первый режекторный фильтр соединен со второй регулируемой линией задержки, вторая регулируемая линия задержки соединена с вторым режекторным фильтром, полосопропускающий фильтр состоит из восьми звеньев, семи связей между звеньями и трех связей между зеркальными звеньями, режекторный фильтр состоит из четырех звеньев режекции, подключенных к единой линии связи, представляющей собой полосковую линию от входа до выхода режекторного фильтра, при этом фильтр выполнен с возможностью получения крутизны характеристики АЧХ, превышающей аналогичную характеристику, достижимую полосопропускающим и режекторным фильтрами без использования линии задержки. Технический результат – увеличение крутизны ската характеристики АЧХ. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относиться к радиотехнике и технике сверхвысоких частот (далее по тексту - СВЧ), а именно к многоканальным СВЧ-фильтрам, состоящим из полосопропускающихи режекторных фильтров, и соединенных коаксиальными кабелями, которые выполняют роль фазовых задержек. Изобретение предназначено для селекции сигналов в устройствах связи, радиолокации, радионавигации и измерительной техники.

Актуальной задачей является увеличение крутизны фронтов различных СВЧ-фильтров, особенно в тех случаях, когда разница граничной частоты полосы пропускания и граничной частоты полосы запирания составляет менее 0,5% частоты.

Известны полосопропускающие фильтры (далее по тексту - ППФ) с дополнительными экранами по патенту RU 2688826 C1 [«МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР», ФГАОУВО «Сибирский федеральный университет», 18.06.2018]. Наличие экранов позволяет внести дополнительные потери в паразитных полосах пропускания и в полосе запирания ППФ.

К недостаткам можно отнести невозможность влияния экранов на крутизну скатов самого ППФ. Не представлено описание взаимного влияния данного типа фильтров на другие фильтры при подключении их в едином устройстве.

Известен ППФ с увеличенной крутизной за счет наличия связей по патенту US6236292B1 [«BANDPASS FILTER», Delaware Capital Formation Inc., Jun. 30, 1999]. Предложенный вариант построения фильтра обладает преимуществами перед классическими фильтрами, за счет получения нулей АЧХ фильтра за счет использования дополнительных емкостных или индуктивных связей.

К недостаткам можно отнести невозможность влияния нулей на крутизну скатов ППФ на частотах близких к полосе пропускания. Не представлено описание взаимного влияния данного типа фильтров на другие фильтры при подключении их в едином устройстве.

Известны фильтры со связями между элементами ППФ по патенту EP2741364A2 [«RADIO FREQUENCY FILTER EMPLOYING NOTCH STRUCTURE», KMW Inc., 05.08.2011]. Предложенный вариант построения фильтра обладает преимуществами перед классическими фильтрами, за счет получения нулей АЧХ фильтра за счет использования дополнительных емкостных и индуктивных связей. Использование сразу нескольких связей позволяет сформировать большее число нулей АЧХ.

Принято за прототип.

К недостаткам прототипа относятся:

- невозможность влияния нулей на крутизну скатов ППФ на частотах близких к полосе пропускания;

- не представлено описание взаимного влияния данного типа фильтров на другие фильтры при подключении их в едином устройстве.

Изобретение не обладает данными недостатками.

Подробное описание изобретения:

Целью изобретения являлось получение метода совместной настройки нескольких СВЧ-фильтров с учетом линий задержки, чтобы обеспечить увеличение крутизны характеристики АЧХ ППФ, которая не очевидна из характеристик входящих в СВЧ-фильтр блоков и создание СВЧ-блока фильтров, обеспечивающего крутизну характеристики менее 0,2% разницы граничной частоты полосы пропускания и граничной частоты полосы запирания.

Принцип работы фильтров входящих в состав СВЧ-блока фильтров не отличается от общеизвестных. Основным отличием СВЧ-блока фильтров (устройства) с линиями задержки, которые выполнены в виде пятидесятиомных коаксиальных линий, между отдельными фильтрами является достигаемое увеличение крутизны характеристики за счёт взаимного фазирования двух и более скатов различных звеньев фильтров (в том числе с учетом петель связи между звеньями ППФ, при этом количество связей между звеньями может быть от одной до N-2, где N – число звеньев ППФ), входящих в состав данного устройства. В ППФ связи между звеньями могут быть как ёмкостными, так и индуктивными. ППФ и режекторные фильтры, входящие в устройство, могут быть выполнены как на микрополосковой технологии, так и на объёмных резонаторах, и иметь как как воздушное, так и диэлектрическое заполнение.

Изобретательский уровень достигается за счёт формирования характеристики АЧХ ППФ с использованием режекторных фильтров, при этом каждый из используемых режекторных фильтров может иметь различные АЧХ по глубине и полосе режекции, через регулируемые (подборные) линии задержки, при этом подбор или регулировка могут осуществляться как механически, так и электрически. Совместно такое устройство обеспечивает увеличение крутизны ската характеристики АЧХ большее, чем обеспечивается суммой отдельных характеристик фильтров составляющих СВЧ-блок фильтров, при этом увеличение крутизны может достигаться как со стороны верхних частот, так и со стороны нижних.

Новизна обеспечивается за счёт малого количества звеньев ППФ, обеспечивающих те же характеристики, что и известные аналоги, в том числе и с учётом применения дополнительных режекторных фильтров.

Получение эффекта увеличения крутизны возможно как при использовании одного дополнительного режекторного фильтра, так и при использовании нескольких режекторных фильтров, связанных так же линией задержки.

Сущность изобретения поясняется рисунками:

На Фиг.1 показана блок-схема СВЧ-блока-фильтров.

На Фиг.2 показана эквивалентная электрическая схема СВЧ-блока фильтров и входящих в него: ППФ 8го порядка, двух режекторных фильтров 3го порядка и двух линий задержки.

На Фиг.3 показано сравнение АЧХ традиционной конструкции блока фильтров и СВЧ-блока фильтров. Обе сравниваемых конструкции состоят из: ППФ 8го порядка, двух режекторных фильтров 3го порядка и двух линий задержки.

Достоинства вышеописанной конструкции:

СВЧ-блок фильтров с линиями задержки между отдельными фильтрами позволяет получить крутизну ската характеристики АЧХ большую, чем сумма отдельных характеристик фильтров составляющих устройство.

Раскрытие и осуществление изобретения:

Первым существенным признаком, достаточным для достижения, указанного выше, технического результата, является применение линий задержки между СВЧ-фильтрами в СВЧ-блоке фильтров.

Вторым существенным признаком является применение последовательность соединения ППФ и режекторных фильтров. При изменении последовательности соединения, а также и при изменении настройки каждого из фильтров, линии задержки необходимо подбирать заново, а также производить перенастройку фильтров.

Третьим существенным признаком является применение петель связи в ППФ, что обеспечивает дополнительные элементы регулировки и усиливает влияние линий задержки и увеличивает крутизну скатов ППФ.

Работа СВЧ-блока фильтров:

СВЧ-блок фильтров 4 состоит из плосопропускающего фильтра (ППФ) 1, двух линий задержки 2-1 и 2-2, двух резекторных фильтров 3-1 и 3-2, входной разъём 5 расположен на ППФ 1, а выходной разъём 6 на крайнем режекторном фильтре 3-2. Линии задержки 2-1 и 2-2 осуществляют временную задержку сигнала и его фазовый сдвиг. Длина линий задержек подбирается или регулируется при настройке СВЧ-блока фильтров 4 таким образом, чтобы совместить нули режекторных фильтров 3-1 и 3-2 и нули петель связи 8, 9, 10 ППФ 1.

ППФ 1 состоит из восьми звеньев 7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5, 7-6, 7-7, 7-8, семи связей между звеньями 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7 и трех связей 8, 9, 10 между зеркальными звеньями 7-1 и 7-8, 7-2 и 7-7, 7-3 и 7-6. Связь 9 включается в противофазе к связям 8 и 10.

Режекторный фильтр 3-1 состоит из четырех звеньев режекции 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, подключенных к единой линии связи, представляющей собой полосковую линию от входа до выхода режекторного фильтра 3-1. Аналогичным образом устроен и режектор 3-2 со звеньями 12-5, 12-6, 12-7 и 12-8.

Линии задержки 2-1 и 2-2 подбираются исходя их АЧХ и характеристик соединяемых ППФ 1 и режекторных фильтров 3-1 и 3-2. Критерием оценки правильности выбора длины линий задержки 2-1 и 2-2 (с учетом сдвига фазы в линии) является получаемая при соединении характеристика. ППФ 1 и режекторные фильтры 3-1 и 3-2 по отдельности настраиваются на частоты близкие к требуемым (нули ППФ 1 и режекторных фильтров 3-1 и 3-2 располагать максимально близко к полосе пропускания). Затем ППФ 1 и режекторные фильтры 3-1 и 3-2 соединяют линиями задержки 2-1 и 2-2. Линии задержки 2-1 и 2-2 являются подборными или регулируемыми. При подборе длины линий задержки 2-1 и 2-2 обращают внимание на итоговую АЧХ. При оптимально подобранных линиях задержки должен образовываться глубокий и широкий суммарный ноль в полосе запирания, которого не было при других вариантах линий задержки. При подборе линий задержки ППФ 1 и режекторные фильтры 3-1 и 3-2 не регулируют.

После подбора оптимальных длин линий задержки 2-1 и 2-2 необходимо произвести перестройку режекторных фильтров 3-1 и 3-2 и связей 8, 9, 10 в ППФ 1, поскольку с оптимальными линиями задержки 2-1 и 2-2 появляется возможность дополнительно передвинуть нули связей 8, 9, 10 и режекторных фильтров 3-1 и 3-2 к полосе пропускания, но без эффекта уменьшения глубины нулей, который наблюдается при других длинах линий задержки 2-1 и 2-2.

1. Устройство для фильтрации СВЧ-сигналов, состоящее из полосопропускающего фильтра с внутренними связями между звеньями, не менее одного режекторного фильтра, звенья которого настроены так, чтобы нули режекторных фильтров располагались максимально близко к полосе пропускания, звенья режекторного фильтра имеют разные характеристики АЧХ по глубине и полосе режекции, и не менее одной линии задержки, которая является линией связи между фильтрами в устройстве и элементом регулирования АЧХ устройства, отличающееся тем, что полосовой фильтр соединен с первой регулируемой линией задержки, первая регулируемая линия задержки соединена с первым режекторным фильтром, первый режекторный фильтр соединен со второй регулируемой линией задержки, вторая регулируемая линия задержки соединена с вторым режекторным фильтром, полосопропускающий фильтр состоит из восьми звеньев, семи связей между звеньями и трех связей между зеркальными звеньями, режекторный фильтр состоит из четырех звеньев режекции, подключенных к единой линии связи, представляющей собой полосковую линию от входа до выхода режекторного фильтра, при этом фильтр выполнен с возможностью получения крутизны характеристики АЧХ, превышающей аналогичную характеристику, достижимую полосопропускающим и режекторным фильтрами без использования линии задержки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия задержки выполнена в виде коаксиальной пятидесятиомной линиии.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что звенья режекторного фильтра настроены таким образом, что они имеют разные характеристики АЧХ по глубине и полосе режекции.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обеспечивает увеличение крутизны характеристики АЧХ как со стороны верхних, так и нижних частот или с одной из них.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия задержки является подборной или регулируемой, а длина подбирается или регулируется с целью обеспечения совмещения нулей режекторных фильтров и нулей петель связи полосопропускающих фильтров, при этом линии задержки подбираются таким образом, чтобы формировать глубокий и широкий суммарный ноль в полосе запирания.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что регулируемая линия задержки регулируется механически или электрически.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что связи между звеньями полосопропускающего фильтра используются как ёмкостные, так и индуктивные.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что количество связей между звеньями полосопропускающего фильтра составляет от одной до N-2, где N – число звеньев полосопропускающего фильтра.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полосопропускающий и режекторный фильтры выполнены по полосковой технологии.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что полосопропускающий и режекторный фильтры выполнены по микрополосковой технологии.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полосопропускающий и режекторный фильтры выполнены в виде объёмных резонаторов.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что полосопропускающий и режекторный фильтры выполнены в виде объёмных резонаторов как с воздушным, так и с диэлектрическим заполнением.