Режекторный волноводный СВЧ-фильтр
REJECTION WAVEGUIDE MICROWAVE FILTER

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к СВЧ устройствам, и может быть использовано при создании селективных узлов различного функционального назначения.
Известно устройство режекторного волноводного фильтра, образованное волноводной линией передачи, электромагнитно связанной элементом связи с резонатором бегущей волны («Характеристики резонаторов сверхвысоких частот с нерезонансным просачиванием мощности» В.И Егоров. Известия вузов. Радиофизика. Том LIII. №8. С.; 93-503). Устройство функционирует как режекторный фильтр относительно волновых процессов в волноводной линии передачи.
Недостатком фильтра является относительно высокий уровень нерезонансного возмущение СВЧ сигналов в полосе пропускания режекторного фильтра.
01
Наиболее близким к предлагаемому является устройство режекторного волноводного многозвенного СВЧ-фильтра, каждое звено которого работает на своей частоте и образовано волноводным резонатором, электромагнитно связанным с волноводом волноводной линией прямоугольного поперечного сечения с волной Нпри помощи отверстия в широкой стенке, противоположная внутренняя широкая стенка волновода выполнена с выступами по всей ширине волновода и их геометрические параметры, соответствуют требуемым амплитудно-частотным характеристикам и размещены вдоль волновода на расстояниях от λ/4 до к λ/2 (см. Патент РФ №2399997, МКИ Н01Р 1/20, опубл. 20.09.2010).
Недостатком фильтра является относительно высокий уровень нерезонансного возмущения СВЧ сигналов в полосе пропускания режекторного фильтра.
Технической задачей изобретения является уменьшение уровня нерезонансного возмущения СВЧ сигналов в полосе пропускания режекторного фильтра.
Технический результат изобретения заключается в уменьшение уровня нерезонансного возмущения при симметрировании частотной зависимости резонансной.
01
р
р
р
Это достигается тем, что известный режекторный волноводный СВЧ фильтр, содержащий волновод волноводной линии с прямоугольным поперечным сечением с волной Н и электромагнитно связанный с ним элементом связи, выполненным в виде отверстия в общей стенке, волноводный резонатор, снабжен дополнительными n-1 аналогичными элементами связи волновода и прямоугольного волноводного резонатора, где n целое число элементов связи кратное двум, образуют пары элементов связи, сдвинутых друг от друга в продольном направлении на четверть длины волны на резонансной частоте, так, что один из них находится в пучности электромагнитного поля колебаний резонатора, а другой расположен в узле электромагнитного поля этих колебаний, при этом волноводный резонатор выполнен с прямоугольным поперечным сечением, размещен вдоль продольной оси волновода, а поперечные размеры волновода и волноводного резонатора выполнены равными, а длина волноводного резонатора выбрана равной L=(0,5 λ) р, где λ - длина волны в волноводе на резонансной частоте волноводного резонатора, р - индекс вида колебаний, соответствующий числу вариаций структуры поля вида электромагнитных колебаний волноводного резонатора вдоль его продольной оси, число n выбрано равным 2р, каждая пара элементов связи размещена вдоль продольной оси волновода волноводной линии на расстояниях 0,25 λ друг от друга, причем у каждой соседней пары элементов связи, один элемент которой расположен в пучности структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора, а другой элемент связи пары, размещен в узле структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлен режекторный волноводный СВЧ фильтр, а на фиг. 2 показаны частотные характеристики прототипа и изобретения.
р
р
р
Режекторный волноводный СВЧ фильтр содержит волноводную линию в виде волновода 1 с прямоугольным поперечным сечением, элементы связи 2, и дополнительные n-1 элементы связи 3, например, каждое из которых выполнено в виде отверстия в общей стенке волноводной линии 1 и прямоугольного волноводного резонатора 4, где n целое число элементов связи кратное двум, образуют пары элементов связи, сдвинутых друг от друга в продольном направлении на четверть длины волны на резонансной частоте, так, что один из них находится в пучности электромагнитного поля колебаний резонатора 4, а другой расположен в узле электромагнитного поля этих колебаний. Волноводный резонатор 4 выполнен с прямоугольным поперечным сечением, размещен вдоль продольной оси волновода 1, в поперечном направлении размеры волновода 1 и резонатора 4 выполнены равными, при этом длина резонатора 4 выбрана равной L=(0,5 λ) р, где λ- длина волны в волноводе 1 на резонансной частоте резонатора 4, р - индекс вида колебаний, соответствующий числу вариаций структуры поля вида электромагнитных колебаний волноводного резонатора вдоль продольной оси резонатора 4. Число n равно 2р, каждая пара элементов связи 2 и 3 размещены вдоль продольной оси волноводной линии на расстояниях 0,25 λ друг от друга, причем у каждой соседней пары элементов связи один элемент связи, например, 3, находится в пучности структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора 4, а другой элемент связи, например, 2, размещен в узле структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора 4.
Режекторный волноводный СВЧ фильтр работает следующим образом.
р
Электромагнитная волна, распространяющаяся в волновода 1 волноводной линии, через элемент связи 3, находящийся в пучности структуры поля резонансного вида электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе 4 (структуры полей видов колебаний прямоугольных волноводных резонаторов канонизированы относительно размеров резонаторов, см. например, Энциклопедический словарь «Электроника» - М.: «Советская энциклопедия», 1991 г. раздел «Объемный резонатор» с. 333), возбуждает в нем колебания. Элемент связи 2, находящийся в узле структуры поля вида электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе 4, не возбуждая колебания в волноводном резонаторе 4, создает отражение в волноводе 1. Волна в волноводе 1 отражается и от элемента связи 3 и тоже распространяется в обратном направлении. При этом колебания волн отраженных от элементов связи 2 и 3 в референсных плоскостях левее элемента связи 2 оказываются противофазны ввиду продольной разницы расстояний между ними равном 0,25 λ.
В продольном направлении в волноводе 1 волноводной линии правее элемента связи 3 прошедшие волны складываются и образуют суммарную волну близкую по амплитуде падающей волне левее элемента связи 2.
01
Выполнение элементов связи волновода 1 волноводной линии с волной Н и волноводного резонатора 4 в виде пар, например, 2 и 3, сдвинутых в продольном направлении на четверть длины волны на резонансной частоте прямоугольного резонатора 4, при условии размещения одного из элементов связи в узле структуры поля электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе 4 обеспечивает возбуждение колебаний в волноводном резонаторе 4 только одним из каждой пары элементов связи.
11
Взаимодействие пар элементов связи 2 и 3 обеспечивает симметрирование амплитуды отраженной электромагнитной волны в волноводе 1 волноводной линии (т.е. частотной зависимости коэффициента отражения (ω)) относительно резонансной частоты волноводного резонатора 4.
Синфазность отраженных от пар элементов связи 2 и 3 волн в волноводе 1, а также свойство их действия, как одного возбуждающего элемента связи (в нашем примере элемента связи 3) между волноводом 1 и прямоугольным резонатором 4 обеспечивает эффект сохранения свойств режекторного фильтра с одним дополнительным элементом связи 3 при уменьшении нерезонансного возмущения в режекторном фильтре.
р
р
Длина резонатора L=(0,5 λ) р определяет возможность возбуждения в нем вида колебаний с р вариациями поля вдоль продольной оси премоугольного резонатора 4 и, соответственно, размещения в нем n/2 пар элементов связи, где λ - длина волны в волноводной линии 1 на резонансной частоте вида колебаний волноводного резонатора. При этом в каждой паре элементов связи выполняется условие размещения одного из них (например, элемента связи поз.2) в узле структуры поля резонансного вида колебаний в прямоугольном резонаторе 4, а соседнего элемента связи 3 в пучности структуры поля резонансного вида колебаний. Это необходимо для формирования частотной характеристики режекторного фильтра.
р
Аналогично формируются волны от каждой пары элементов связи сдвинутых друг относительно друга на электрические длины кратные 0,25 λ. Этим уменьшается отражение и возрастает прохождение волн в волноводной линии в полосе прозрачности (вне полосы заграждения) режекторного фильтра.
Уменьшение уровня нерезонансного возмущения при симметрировании частотной зависимости резонансной кривой иллюстрирует кривые на фиг. 2. Кривая а соответствует частотной характеристике прототипа, а кривая 6 соответствует частотной характеристике изобретения.
11
Из сравнения кривых а и б видно смещение максимумов резонансных частот S(ω) примерно на 0,1%, которое является результатом введения в СВЧ цепь реактивного элемента в виде дополнительного элемента связи 3, но допускает простую коррекцию.
Использование изобретения обеспечивает уменьшение уровня нерезонансного возмущения при симметрировании частотной зависимости.