ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
BANDPASS FILTER

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для создания полосно-пропускающих фильтров на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов преимущественно в сантиметровом диапазоне длин волн.
Известен полосно-пропускающий фильтр, содержащий 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 характеризуются большой разницей в крутизнах скатов амплитудно-частотной характеристики, причем из-за физических процессов, как правило, крутизна ската верхних частот существенно хуже, чем крутизна ската нижних частот характеристики фильтра.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, запредельный в полосе частот пропускания фильтра, на концах которого установлены отрезки прямоугольных волноводов стандартного сечения, имеющие узкие и широкие стенки и заканчивающиеся волноводными фланцами стандартного сечения, 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 (см. Состояние и перспективы применения миниатюрных диэлектрических резонаторов в радиоэлектронике. Часть II. Пассивные и активные СВЧ-устройства с миниатюрными диэлектрическими резонаторами / Л.В.Алексейчик, И.И.Бродуленко, В.М.Геворкян, Ю.А.Казанцев, Л.А.Парышкуро. - М.: Обзоры по электронной технике, Сер. 1, 1982, вып.2 (865), 66 с., с.6, рис.1).
Однако такие полосно-пропускающие фильтры при относительно высокой эффективной собственной добротности резонансных звеньев и соответственно высокой избирательности обладают большой разницей в крутизнах скатов амплитудно-частотной характеристики, причем обычно крутизна ската верхних частот существенно хуже, чем крутизна ската нижних частот.
Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение крутизны скатов амплитудно-частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра без увеличения числа его резонансных звеньев.
Решение этой задачи достигается тем, что известный полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, запредельный в полосе частот пропускания полосно-пропускающего фильтра, на концах которого установлены отрезки прямоугольных волноводов стандартного сечения, имеющие узкие и широкие стенки и заканчивающиеся волноводными фланцами стандартного сечения, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов, где n - целое число и выбрано n≥1, установленные в полом металлическом экране и прикрепленные держателями к внутренней поверхности стенки полого металлического экрана, а плоские поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов расположены параллельно продольной оси металлического экрана, снабжен по крайней мере одним (n+1)-м дополнительным открытым дисковым диэлектрическим резонатором и дополнительным плоским диэлектрическим держателем, в котором выполнено отверстие, ось которого перпендикулярна поверхности плоского диэлектрического держателя, а также винтом настройки, (n+1)-й дополнительный открытый дисковый диэлектрический резонатор установлен и закреплен на дополнительном плоском диэлектрическом держателе в отрезке прямоугольного волновода стандартного сечения на внутренней поверхности его узкой стенки, плоские поверхности (n+1)-го дополнительного открытого дискового диэлектрического резонатора и дополнительного плоского диэлектрического держателя расположены параллельно плоскости узкой стенки отрезка прямоугольного волновода стандартного сечения, в узкой стенке отрезка прямоугольного волновода стандартного сечения выполнено отверстие с резьбой, ось которого перпендикулярна поверхности узкой стенки, совпадает с осью отверстия в плоском диэлектрическом держателе и в резьбе установлен винт настройки, а диаметр отверстия в плоском диэлектрическом держателе больше диаметра винта настройки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез полосно-пропускающего фильтра, на фиг.2 показан вид с торца фильтра, на фиг.3 показаны сравнительные частотные характеристики семизвенного фильтра известного (а) и созданного (б).
Полосно-пропускающий фильтр содержит полый металлический экран 1, запредельный в полосе частот пропускания полосно-пропускающего фильтра, на концах которого установлены отрезки прямоугольных волноводов 2 стандартного сечения, имеющие узкие 3 и широкие 4 стенки и заканчивающиеся волноводными фланцами 5 стандартного сечения, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, где n - целое число и выбрано n≥1, установленные в полом металлическом экране 1 и прикрепленные держателями 7 к внутренней поверхности 8 стенки полого металлического экрана 1, а плоские поверхности 9 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 расположены параллельно продольной оси металлического экрана 1. Кроме того, полосно-пропускающий фильтр содержит по крайней мере один (n+1)-й дополнительный открытый дисковый диэлектрический резонатор 10, который установлен в отрезке прямоугольного волновода стандартного сечения 2 и закреплен на внутренней поверхности его узкой стенки 3 на дополнительном плоском диэлектрическом держателе 11. Плоские поверхности дополнительного открытого дискового диэлектрического резонатора 10 и дополнительного плоского диэлектрического держателя 11 расположены параллельно плоскости узкой стенки 3 отрезка прямоугольного волновода 2 стандартного сечения. В дополнительном плоском диэлектрическом держателе 11 выполнено отверстие 12, ось которого перпендикулярна поверхностям дополнительного плоского диэлектрического держателя 11 и узкой стенки 3 отрезка прямоугольного волновода 2 стандартного сечения. В узкой стенке 3 отрезка прямоугольного волновода 2 стандартного сечения выполнено отверстие 13 с резьбой, ось которого совпадает с осью отверстия 12 в дополнительном плоском диэлектрическом держателе 11 и в резьбе установлен винт настройки 14. Диаметр отверстия 12 в плоском диэлектрическом держателе 11 больше диаметра винта настройки 14.
Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.
После каскадного подключения полосно-пропускающего фильтра с помощью волноводных фланцев 5 стандартного сечения в цепь с распространяющейся СВЧ-волной, крайние открытые дисковые диэлектрические резонаторы 6 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 фильтра и обеспечивает электромагнитную связь открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 между собой. Необходимая величина электромагнитной связи между открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 6 определяется их взаимным положением вдоль продольной оси в полом металлическом экране 1 и обеспечивается за счет держателей 7, которые прикреплены к внутренней поверхности 8 стенки полого металлического экрана 1, при условии, что плоские поверхности 9 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 расположены параллельно продольной оси металлического экрана 1.
Число n открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 определяет число резонансных звеньев фильтра, формирующих его частотную характеристику, является целым числом. 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.
Известный физический эффект уменьшения запредельности поперечного сечения волноводов с ростом частоты определяет ухудшение избирательности полосно-пропускающих фильтров в области верхних частот частотной характеристики. Для уменьшения уровней сигналов, пропускаемых фильтром в области верхних частот, фильтр имеет по крайней мере один (n+1)-й дополнительный открытый дисковый диэлектрический резонатор 10, который установлен в отрезке прямоугольного волновода стандартного сечения 2 и закреплен на внутренней поверхности его узкой стенки 3 на дополнительном плоском диэлектрическом держателе 11. Такой дополнительный открытый дисковый диэлектрический резонатор 10 реализует эффект резонансной (на частоте резонатора 10) согласованной поглощающей нагрузки, если плоские поверхности дополнительного открытого дискового диэлектрического резонатора 10 расположены параллельно плоскости узкой стенки 3 отрезка прямоугольного волновода 2 стандартного сечения. Наличие в дополнительном плоском диэлектрическом держателе 11 отверстия 12, ось которого перпендикулярна поверхности узкой стенки 3 отрезка прямоугольного волновода 2 стандартного сечения, и установка винта настройки 14, закрепленного в отверстии 13 с резьбой в узкой стенке 3 отрезка прямоугольного волновода 2 стандартного сечения, причем диаметр отверстия 12 в плоском диэлектрическом держателе 11 больше диаметра винта настройки 14, обеспечивает регулировку (при изменении положения торца винта настройки 14 относительно поверхности (n+1)-го дополнительного открытого дискового диэлектрического резонатора 10) частоты настройки резонансной согласованной поглощающей нагрузки.
Таким образом, в процессе настройки полосно-пропускающего фильтра, изменяя положение винта настройки 14, можно реализовать требуемый вид ската частотной характеристики фильтра. Изменяя положение резонансной частоты (n+1)-го дополнительного открытого дискового диэлектрического резонатора 10, можно управлять видом как высокочастотного, так и низкочастотного скатов фильтра.
Применяя два открытых дисковых диэлектрических резонатора 10, один из которых размещен, например, во входном отрезке прямоугольного волновода 2 стандартного сечения, а второй - в выходном отрезке прямоугольного волновода 2 стандартного сечения, можно реализовать управление одновременно обоими скатами частотной характеристики фильтра.
Изобретение позволяет достичь увеличения крутизны скатов амплитудно-частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра без увеличения числа его резонансных звеньев, т.е. порядка фильтра. На фиг.3 представлены для сравнения амплитудно-частотные характеристики двух полосно-пропускающих фильтров, созданных по техническому решению прототипа (а) и по данному предложению (б). При сравнении положения частотных маркеров m3 на фиг.3 видно, что без увеличения порядка фильтра в изобретении удается увеличить крутизну верхнего ската на 30 дБ (т.е. на три порядка).
Использование изобретения обеспечило создание в диапазоне частот 12-15 ГГц семизвенных полосно-пропускающих фильтров с открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами (полоса пропускания ~1,5%, потери в полосе не хуже 1 дБ) с частотными характеристиками, аналогичными девятизвенным полосно-пропускающим фильтрам.