СВЧ ФИЛЬТР

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и может использоваться в различных радиотехнических системах, например, в СВЧ приемниках и задающих блоках СВЧ передатчиков.
101
Известен СВЧ фильтр, представляющий собой волноводный резонатор с волной H с отверстиями связи для входа и выхода СВЧ сигнала (Д.Л. Маттей, Л. Янг, Е.М.Т. Джонс «Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи», «Связь», М., 1972 г., стр. 427). Такой фильтр может иметь узкую полосу настройки; резонансная частота его изменяется путем передвижения одной из стенок резонатора с помощью механического привода с электродвигателем.
Недостатками этого фильтра являются большие габариты и вес, наличие механически движущихся частей, что приводит к ухудшению параметров при механических воздействиях, а также значительная энергия управления (10 Вт и более) и большое время перестройки (десятые доли секунды).
Известен СВЧ фильтр с использованием запредельного волновода («СВЧ устройства на запредельных волноводах», обзор, ВРЭ, 1974, №3, стр. 93). Он состоит из отрезка запредельного волновода с настроечным винтом, установленным внутри волновода в широкой стенке перпендикулярно к ней. В этом устройстве отрезок запредельного волновода от входа до перестроечного винта образует индуктивность, а емкость создается в пространстве между торцом этого винта и второй широкой стенкой отрезка запредельного волновода. Недостатком известного СВЧ фильтра является невозможность перестройки его резонансной частоты.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении перестройки резонансной частоты при высоком быстродействии.
Сущность полезной модели состоит в том, что СВЧ фильтр содержит отрезок запредельного прямоугольного волновода и винт, установленный внутри волновода в широкой стенке перпендикулярно к ней.
Новым в предлагаемой полезной модели является введение СВЧ диода с переменной емкостью, металлической пластины, диэлектрической пластины, изолированного проводника, регулятора напряжения и источника напряжения. Один вывод СВЧ диода с переменной емкостью соединен с торцем винта, а второй его вывод соединен с металлической пластиной, установленной параллельно широкой стенке запредельного волновода. Диэлектрическая пластина расположена между металлической пластиной и второй широкой стенкой запредельного прямоугольного волновода, а изолированный проводник выведен через отверстие в узкой стенке запредельного волновода и соединяет металлическую пластину с одним из выходных выводов регулятора напряжения, второй выходной вывод которого соединен с отрезком запредельного волновода, а вход регулятора напряжения подключен к выходу источника напряжения.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяет успешно реализовать поставленную цель.
На фиг. 1 представлен вариант конструкции СВЧ фильтра.
На фиг. 2 представлена эквивалентная схема СВЧ фильтра.
∂
∂
На фиг. 3 приведена зависимость C от напряжения, где С, переменная емкость арсенидо-галлиевого СВЧ диода 3А603А
Предлагаемый СВЧ фильтр содержит отрезок запредельного прямоугольного волновода 1, винт 2, СВЧ диод с переменной емкостью 3, металлической пластины 4, диэлектрической пластины 5, изолированного проводника 6, регулятора напряжения 7, источника напряжения 8.
Для уменьшения потерь СВЧ фильтра внутренняя поверхность запредельного прямоугольного волновода 1 и винт 2 покрываются серебром. При изготовлении отрезка прямоугольного волновода можно использовать стандартный волновод, предназначенный для передачи СВЧ сигнала более высоких частот.
СВЧ фильтр работает следующим образом.
∂
∂
Изменение управляющего напряжения U, которое подается от источника напряжения 8 через регулятор напряжения 7 и изолированный проводник 6, позволяет изменять величину переменной емкости С, характеристика которой С(U) приведена на фиг. 3.
∂
∂
∂
∂
p
На вход СВЧ фильтра подается СВЧ сигнал с частотой f. Так как СВЧ фильтр представляет собой параллельный контур, составленный из индуктивности отрезка запредельного прямоугольного волновода L и переменной емкости C, соединенной последовательно с конструктивной емкостью C, которая состоит из металлической пластины 4, диэлектрической пластины 5 и второй широкой стенки отрезка запредельного прямоугольного волновода 1, то на выходе СВЧ фильтра появляется сигнал, величина которого определяется значениями L, C и потерями всех элементов СВЧ фильтра. Величина конструктивной емкости С должна быть не менее чем в 8…10 раз больше, чем максимальное значение переменной емкости C. Изменяя величину управляющего напряжения U и тем самым величину переменной емкости С, можно получить максимальное значение выходного сигнала, что будет соответствовать резонансу СВЧ фильтра. При этом резонансная частота f будет равна:
x - реактивное сопротивление запредельного прямоугольного волновода 1, равное:
, где
a, b - широкая и узкая стенки запредельного прямоугольного волновода 1;
, где c - скорость света.
∂
Таким образом, в предлагаемом СВЧ фильтре производится изменение его резонансной частоты посредством изменения переменной емкости C СВЧ диода 3.
Введение в конструкцию СВЧ фильтра диода с переменной емкостью практически не изменяет его габариты и вес, кроме того предлагаемый СВЧ фильтр имеет целый ряд высоких характеристик:
- низкое максимальное значение управляющего напряжения U (не более 10 В);
- малое значение управляющей мощности (десятые доли Вт), это объясняется тем, что управление емкостью СВЧ диода с переменной емкостью происходит при отрицательном напряжении на нем и, соответственно, очень малых токах;
-11
- высокое быстродействие, недостижимое для СВЧ фильтров других конструкций: фронт импульса переключения резонансной частоты не превышает 1 мксек, т.к. постоянная времени СВЧ диода с переменной емкостью достигает 10сек.