КЕРАМИЧЕСКИЙ СВЧ ФИЛЬТР КВАЗИПЛАНАРНОГО ТИПА

Полезная модель относится к радиотехнике СВЧ и предназначена для использования в устройствах частотной селекции сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн.
В указанных диапазонах длин волн широко применяются фильтры на полых волноводах типа цепочки связанных резонаторов с непосредственной связью, в которых в качестве шунтирующих реактивностей выступают поперечные емкостные и индуктивные диафрагмы, индуктивные стержни, емкостные штыри (Семенов Н.А., «Техническая электродинамика») а также Е-плоскостные диафрагмы (Синявский Г.П., «Волноводные фильтры квазипланарного типа с улучшенными характеристиками»).
Использование элементов планарной технологии при изготовлении фильтров квазипланарного типа обеспечивает технологичность и невысокую стоимость этих фильтров при серийном производстве.
Вариант конструкции фильтра квазипланарного типа представлен в патенте US 2004/0017272 Al, Jan. 29.2004.
Основными недостатками фильтров такого типа являются их значительные габаритные размеры и масса, низкая температурная стабильность, сложность компоновки таких фильтров на плате с устройствами на микрополосковых и копланарных линиях.
Указанные недостатки в значительной степени устранены в керамических волноводных фильтрах на термостабильной керамике с высокой диэлектрической проницаемостью. Известна конструкция керамического волноводного фильтра, состоящего из металлизированного керамического блока в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором сформирована цепочка объемных резонаторов с непосредственной связью через плоские поперечные индуктивные диафрагмы, выполненные в виде металлизированных пазов со стороны узких стенок керамического блока, с элементами связи в виде емкостных площадок на нижней грани блока (патент US 2009/0231064 A1, Sep. 17.2009) или в виде короткозамкнутых отрезков копланарной линии на нижней грани блока (патент US 6,677,837 В2, Jan. 13.2004).
Основным недостатком фильтров такого типа является их невысокая механическая прочность из-за большого числа дополнительных конструктивных элементов, таких как пазы и отверстия.
Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются конструкции волноводных керамических фильтров (патенты US №6,677,837, RU №2462799). Фильтры имеют высокие эксплуатационные показатели, однако в первом случае наличие в керамическом блоке пазов различной глубины или ширины затрудняет реализацию серийного производства, а также снижает механическую прочность керамического блока, а во втором случае для каждого типономинала фильтра требуется своя пресс-форма, реализующая необходимый размер и расположение отверстий.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель является повышение технологичности СВЧ фильтров, повышение механической прочности, а также возможность компоновки таких фильтров на плате с устройствами на микрополосковых и копланарных линиях.
Для решения поставленной технической задачи предлагается керамический СВЧ фильтр квазипланарного типа, состоящий из двух частично металлизированных блоков в форме прямоугольного параллелепипеда из высокодобротной термостабильной керамики, соединенных между собой узкими гранями с металлизацией в виде Е-плоскостной диафрагмы, которая формирует в соединенных блоках фильтра цепочки резонаторов с непосредственной связью. На торцевых гранях блоков реализованы входной и выходной элементы связи.
Технологичность конструкции и механическая прочность фильтра обеспечиваются применением простых форм керамических блоков в виде параллелепипеда без дополнительных конструктивных элементов (пазов, отверстий), что дает возможность групповой механической обработки и металлизации поверхностей керамических блоков.
На фиг.1-фиг.3 представлена конструкция керамических четырехрезонаторных СВЧ фильтров квазипланарного типа.
На фиг.4 представлена амплитудно-частотная характеристика фильтра.
При этом на фиг.1-фиг.3 и далее по тексту:
поз.1 - первый монолитный керамический блок;
поз.2 - второй монолитный керамический блок;
поз.3 - Е-плоскостная диафрагма;
поз.4 - входной элемент связи;
поз.5 - выходной элемент связи;
LI - ширина первого монолитного керамического блока;
L2 - ширина второго монолитного керамического блока.
Фильтр, изображенный на фиг.1, состоит из соединенных между собой двух монолитных керамических блоков поз.1 и поз.2, на всех гранях которых, кроме граней примыкания, нанесена сплошная металлизация. Керамические блоки поз.1 и поз.2 выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов из термостабильного керамического материала, соединенных между собой гранями с идентичной металлизацией в виде Е-плоскостной диафрагмы поз.3. Вид рисунка металлизации определяется требуемыми параметрами фильтра и может иметь различную конфигурацию. Входной поз.4 и выходной поз.5 элементы связи сформированы на нижней грани керамического блока поз.1 в виде разомкнутых на концах отрезков копланарных линий и короткозамкнутых отрезков копланарных линий на торцевых гранях керамического блока. Блок поз.2 имеет такие же размеры, как и блок поз.1, кроме размера L2. Изменением размера L2 можно корректировать центральную частоту полосы пропускания при незначительном изменении других параметров фильтра.
В фильтре, изображенном на фиг.2, входной элемент связи поз.4 сформирован вышеприведенным способом на блоке поз.1, а выходной элемент связи поз.5 - на блоке поз.2.
В фильтре, изображенном на фиг.3, входной поз.4 и выходной поз.5 элементы связи сформированы на нижних гранях керамических блоков поз.1 и поз.2 в виде разомкнутых на концах отрезков копланарных линий и короткозамкнутых отрезков копланарных линий на торцевых гранях керамических блоков поз.1 и поз.2.
Следует отметить, что, несмотря на то, что полезная модель проиллюстрирована изображением фильтров, имеющих четыре резонатора, количество резонаторов может быть другим. Число резонаторов определяется требуемой характеристикой фильтра и ограничивается допускаемыми потерями фильтра.
На фиг.4 представлена амплитудно-частотная характеристика фильтра сантиметрового диапазона частот, при этом предложенные конструкции могут применяться и в миллиметровом диапазоне частот.
Керамический СВЧ фильтр с Е-плоскостными диафрагмами работает следующим образом.
После поступления СВЧ сигнала на входной элемент связи поз.4 осуществляется эффективный ввод энергии в фильтр, представляющий собой цепочку резонаторов с непосредственной связью, сформированных в металлизированном керамическом блоке с помощью Е-плоскостной диафрагмы поз.3. Вывод энергии осуществляется посредством выходного элемента связи поз.5. Вид характеристики фильтра определяется распределением нагруженных добротностей, входящих в цепочку связанных резонаторов, которая в свою очередь определяется конфигурацией Е-плоскостной диафрагмы.