СПОСОБ НАСТРОЙКИ МНОГОЗВЕННЫХ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ
METHOD FOR TUNING OF MULTILINK BAND FILTERS

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для настройки многозвенных полосовых фильтров (далее - фильтров) радиоэлектронных устройств СВЧ диапазона.
0
Известен способ настройки полосовых фильтров (см. авторское свидетельство СССР №1427441, опубликованное 30.09.88 г.), в соответствии с которым каждый резонатор настраивают на резонансную частоту f при одновременной расстройке соседних резонаторов с помощью поглотителей, при этом настройку осуществляют по максимуму прошедшего СВЧ сигнала.
Такой способ настройки технически очень сложен, так как требует изготовления специальных поглотителей и приспособления для их ввода в резонаторы, специального устройства для отвода энергии от настраиваемого резонатора фильтра совместно со специальным измерительным прибором. При этом даже слабая связь между настраиваемым резонатором и специальным устройством для отвода энергии приводит к снижению добротности этого резонатора и уменьшению точности настройки по максимуму сигнала (особенно для узкополосных фильтров). Также этот способ не позволяет определить меру изменения коэффициентов связи между резонаторами, что снижает точность и качество настройки. Кроме этого указанный способ предполагает наличие таких подстроечных элементов, которые обеспечивают как увеличение, так и уменьшение частоты настройки резонатора фильтра, что неприемлемо, например, для керамического фильтра, у которого любое изменение элемента подстройки приводит только к увеличению частоты настройки резонатора и/или уменьшению коэффициентов связи.
Известен другой способ настройки полосовых фильтров (см. патент США №5004992, опубликованный 2.04.91 г.), в соответствии с которым после предварительного расчета изготавливают фильтр на основе керамического блока несколько большей высоты, чем требуется по расчету. Затем измеряют параметры фильтра и вычисляют необходимую величину уменьшения высоты керамического блока со стороны его основания.
Этот способ настройки предполагает использование прецизионного оборудования для механической обработки керамического блока, изготовления элементов топологии фильтра. После подстройки фильтра необходимо восстановить металлизацию основания керамического блока путем вжигания серебросодержащей пасты. Восстановление металлизации - длительный, несколько дней, процесс, при котором фильтр подвергается неоднократному воздействию температуры около 800°С. При этом свойства керамики и топологии фильтра несколько изменяются, что приводит к ошибке в настройке фильтра. Точность установки коэффициентов связи определяется точностью изготовления элементов топологии фильтра и, в соответствии с данным патентом, не подлежит регулировке, что снижает точность и качество настройки.
Наиболее близким, принятым за прототип, к предлагаемому способу настройки является способ настройки по заявке на изобретение РФ №96117066, опубликованной 10.01.99 г.
Этот способ заключается как в настройке всех резонаторов фильтра на центральную частоту, так и в регулировке связей между резонаторами и связей крайних резонаторов с генератором и нагрузкой в соответствии с расчетными значениями коэффициентов связи. При этом измеряют частотные зависимости как фазы коэффициента отражения от входа фильтра, обладающей большей крутизной частотной характеристики, так и модуля коэффициента отражения.
В соответствии с этим способом настройка фильтра включает два этапа: первый этап - настройка резонаторов, второй этап - расчет и регулировка связей. Этапы выполняются раздельно: при расчете и регулировке связей необходимо расстроить соседние резонаторы, что приводит к появлению чередующихся циклов упомянутых этапов. Соответственно, подстроечные элементы должны обеспечивать как увеличение, так и уменьшение частоты резонатора фильтра и/или коэффициентов связи, что неприемлемо для керамического фильтра. Кроме этого необходимо выполнить трудоемкие процессы измерения для каждого отдельного резонатора ширины полосы пропускания по уровню минус 3 дБ для расчета коэффициентов связи, а затем обратный расчет для их практической реализации. При настройке фильтра для ненастроенных резонаторов необходимо предусмотреть приспособления для их закорачивания.
Техническими задачами настоящего изобретения являются: упрощение и снижение трудоемкости процесса настройки с обеспечением высокоточной настройки одиночного фильтра, в том числе и керамического, обеспечение настройки двух и более фильтров с одинаковыми параметрами.
Предложен способ настройки многозвенных полосовых фильтров, заключающийся в настройке резонаторов фильтра, регулировке связей между резонаторами и связей крайних резонаторов с генератором и нагрузкой в соответствии с расчетными значениями, измерении частотной характеристики, обладающей большей крутизной, измерении частотной зависимости модуля коэффициента отражения, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что настройку резонаторов (кроме центрального) и регулировку связей в соответствии с расчетными или экспериментальными значениями выполняют по характерным точкам на частотной зависимости коэффициента передачи при частичных включениях фильтра в измерительный тракт прибора, настройку центрального резонатора выполняют по частотной зависимости модуля коэффициента отражения при полном включении фильтра, а при настройке двух и более фильтров с одинаковыми параметрами первый настроенный фильтр используют как фильтр-образец, у которого измеряют параметры указанных выше характерных точек с последующим переносом измеренных параметров на настраиваемые фильтры.
Технический результат достигается настройкой фильтра по характерным точкам частотной зависимости коэффициента передачи при частичных включениях фильтра в измерительный тракт прибора, которые позволяют одновременно контролировать как частоту настройки резонаторов, так и величину связей. При этом упрощен расчет изменения частоты настройки резонаторов и величины связей. Не требуется изготовления каких-либо поглотителей, приспособлений для закорачивания, устройств для отвода энергии, так как сам фильтр при частичном включении является датчиком необходимых сигналов.
Реализация способа настройки (на примере керамического фильтра третьего порядка) поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен керамический полосовой фильтр, на фиг.2 приведена частотная зависимость коэффициента передачи (АЧХ) фильтра при частичном включении его между центральным резонатором и контактной площадкой, а на фиг.3 приведена АЧХ фильтра при частичном включении его между крайним резонатором и контактной площадкой.
Для измерения АЧХ и модуля коэффициента отражения (КО) использовался панорамный измеритель коэффициентов передачи и отражения.
Фильтр (фиг.1) представляет собой керамический блок 1, пять граней которого металлизированы. Металлизированные отверстия с электрически соединенными площадками на шестой грани образуют резонаторы: крайние резонаторы 2, центральный резонатор 3. На этой же грани расположены контактные площадки 4 для подключения генератора и нагрузки. Крайние резонаторы 2, центральный резонатор 3, контактные площадки 4 разделены между собой и от боковой металлизации диэлектрическим промежутком 5.
На АЧХ фильтра (фиг.2) выделяются две характерные точки:
- точка 6 - точка максимальной крутизны АЧХ;
- точка 7 - точка максимума АЧХ.
На АЧХ фильтра (фиг.3) выделяется характерная точка 8 - точка максимума АЧХ.
Значения частоты и коэффициента передачи в характерных точках АЧХ могут быть определены расчетным путем или измерены экспериментально. Настройка резонаторов фильтра заключается в изменении размеров площадок резонаторов 2, 3 со стороны боковой металлизации. Регулировка связей заключается в изменении размеров диэлектрических промежутков между площадками резонаторов 2, 3, между площадками резонаторов 2 и контактными площадками 4.
Последовательность операций при реализации способа настройки поясняется следующими примерами.
Пример 1: Настройка одного фильтра
Фильтр настраивают следующим образом:
- при частичном включении фильтра между левым крайним резонатором 2 и левой контактной площадкой 4 (генератор/нагрузка) измеряют частотную зависимость коэффициента передачи. На АЧХ выделяют характерную точку в соответствии с фиг.3 и измеряют в этом ее положении значение коэффициента передачи. Регулируют связь левого крайнего резонатора с генератором/нагрузкой путем изменения размера диэлектрического промежутка между левым крайним резонатором 2 и левой контактной площадкой 4 в соответствии с расчетным или экспериментальным значением. В измерительную цепь прибора включают правый крайний резонатор 2 и правую контактную площадку 4 (нагрузка/генератор), повторяют регулировку для установки такой же связи правого крайнего резонатора с нагрузкой/генератором;
- при частичном включении фильтра между центральным резонатором 3 и левой контактной площадкой 4 измеряют частотную зависимость коэффициента передачи. На АЧХ выделяют характерные точки в соответствии с фиг.2. По значению частоты в точке 6 настраивают частоту правого крайнего резонатора путем изменения размеров его площадки в соответствии с расчетным или экспериментальным значением. По значению коэффициента передачи в точке 7 регулируют связь между центральным и левым крайним резонатором путем изменения размера диэлектрического промежутка между ними в соответствии с расчетным или экспериментальным значением. В измерительную цепь прибора включают центральный резонатор 3 и правую контактную площадку 4. Выполняют настройку частоты левого крайнего резонатора путем изменения размеров его площадки. Регулируют связь между центральным и правым крайним резонатором путем изменения размера диэлектрического промежутка между ними;
- при полном включении фильтра в режиме измерения модуля КО измеряют частотную зависимость модуля КО. Настраивают частоту центрального резонатора, чтобы наблюдалась равноволновость частотной зависимости модуля КО.
Пример 2: Настройка двух и более фильтров с одинаковыми параметрами
Фильтр настраивают следующим образом:
- при частичном включении фильтра-образца между левым (или правым) крайним резонатором 2 и левой (или правой) контактной площадкой 4 измеряют частотную зависимость коэффициента передачи. На АЧХ выделяют характерную точку в соответствии с фиг.3 и измеряют в этом ее положении значение коэффициента передачи;
- при частичном включении фильтра-образца между центральным резонатором 3 и левой (или правой) контактной площадкой 4 измеряют частотную зависимость коэффициента передачи. На АЧХ выделяют характерные точки в соответствии с фиг.2 и измеряют значение частоты в точке 6, значение коэффициента передачи в точке 7;
- при соответствующем частичном включении настраиваемого фильтра настраивают частоту крайних резонаторов, регулируют связи центрального с крайними резонаторами, крайних резонаторов с генератором/нагрузкой в соответствии с измеренными значениями у фильтра-образца (см. пример 1);
- при полном включении фильтра в режиме измерения модуля КО измеряют частотную зависимость модуля КО. Настраивают частоту центрального резонатора, чтобы наблюдалась равноволновость частотной зависимости модуля КО.
Таким образом, предлагаемый способ настройки позволяет установить необходимую частоту настройки резонаторов и отрегулировать необходимые связи между резонаторами, между крайними резонаторами и нагрузкой/генератором, что и обеспечивает высокоточную настройку фильтра, в том числе и керамического. Существенно упрощен расчет изменения частоты настройки резонаторов и величины связей, не требуется изготовления каких-либо поглотителей, приспособлений для закорачивания, устройств для отвода энергии, так как сам фильтр при частичном включении является датчиком необходимых сигналов, что обеспечивает простоту и низкую трудоемкость процесса настройки. Предлагаемый способ позволяет также производить настройку двух и более фильтров с одинаковыми параметрами.