ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР
BAND-PASS FILTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к полосовому фильтру на волноводах с металлической вставкой, имеющему широкий выбор диапазона, такого как диапазон микроволн или диапазон миллиметровых волн.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ
В качестве полосового фильтра, предназначенного для использования в диапазоне микроволн или аналогичном диапазоне, предпочтительно используют волноводный фильтр. Волноводный фильтр обладает рабочей характеристикой малых потерь и обладает долговечностью при высокой мощности, что приемлемо для подвода большой величины электрической мощности, вследствие чего волноводный фильтр широко применяется в устройствах связи, таких как устройство базовой станции.
Примером волноводного фильтра является полосовой фильтр на волноводах с металлической вставкой.
Этот фильтр представляет собой полосовой фильтр, снабженный прямоугольными волноводами, отделенными друг от друга вдоль середины имеющей большую ширину поверхности фильтра, и тонкой металлической пластиной, заключенной между прямоугольными волноводами и предназначенной для создания резонанса на заданной частоте. Металлическую пластину можно изготовить с высокой точностью посредством травления или прессования. Поэтому можно гарантировать характеристики просто посредством сборки, не регулируя эти характеристики с помощью винта. Таким образом, фильтр обладает преимуществом, заключающимся в том, что оказывается возможным заметное сокращение времени сборки и времени приемочного контроля.
ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПД1: Международная патентная публикация № 2010/073554.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
Полосовой фильтр на волноводах с металлической вставкой имеет особенность, заключающуюся в том, что резонансная частота и коэффициент связи определяются вставляемой тонкой металлической пластиной. Вместе с тем, хорошо известный полосовой фильтр на волноводах с металлической вставкой не в состоянии гарантировать достаточный коэффициент связи, а его использование затруднено в широкой полосе частот или в диапазоне очень высоких частот, таком как диапазон миллиметровых волн (см. ПД1 (1)).
Кроме того, ввиду производственных ограничений, накладываемых на толщину тонкой металлической пластины, трудно изготовить тонкую металлическую пластину вне пределов заданного значения. Следовательно, когда размер волновода уменьшают, чтобы иметь возможность работать в диапазоне миллиметровых волн или аналогичном диапазоне, доля металлической пластины увеличивается, что может привести к дальнейшему уменьшению достижимого коэффициента связи. Поэтому, в частности - применительно к диапазону высоких частот, такому как диапазон миллиметровых волн, использовать полосовой фильтр на волноводах с металлической вставкой трудно.
Ввиду вышеизложенного задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать полосовой фильтр на волноводах с металлической вставкой, снабженный прямоугольными волноводами, отделенными друг от друга вдоль середины имеющей большую ширину поверхности фильтра, и тонкой металлической пластиной, заключенной между прямоугольными волноводами и предназначенной для создания резонанса на заданной частоте, причем полосовой фильтр имеет увеличенный диапазон значений достижимого коэффициента связи и широкий диапазон частот, требующий высокого коэффициента связи.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Аспект изобретения направлен на создание полосового фильтра, снабженного прямоугольными волноводами, отделенными друг от друга вдоль середины имеющей большую ширину поверхности фильтра, и тонкой металлической пластиной, заключенной между прямоугольными волноводами, причем, по меньшей мере, одна из пластин связи, сформированных из металлической пластины, имеет вырез.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с полосовым фильтром на волноводах с металлической вставкой согласно данному изобретению можно воплотить полосовой фильтр, имеющий увеличенный диапазон значений достижимого коэффициента связи и широкий диапазон частот, требующий высокого коэффициента связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлено перспективное изображение в разобранном виде полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления данного изобретения;
на фиг. 2 представлено перспективное изображение полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой после сборки согласно возможному варианту осуществления данного изобретения;
на фиг. 3 представлено перспективное изображение в разобранном виде полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно известному варианту осуществления;
на фиг. 4А представлен чертеж, иллюстрирующий конструкцию металлической пластины полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления данного изобретения;
фиг. 4B представлен чертеж, иллюстрирующий конструкцию металлической пластины известного полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой;
на фиг. 5 представлена диаграмма, иллюстрирующая зависимость между диапазоном пульсаций и коэффициентом k связи;
на фиг. 6 представлена диаграмма, иллюстрирующая зависимость между шириной W пластины связи и коэффициентом k связи;
на фиг. 7 представлена диаграмма, иллюстрирующая зависимость между зазором D между участками пластины связи и коэффициентом k связи;
на фиг. 8 представлена диаграмма, иллюстрирующая характеристики полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления;
на фиг. 9А представлен чертеж, иллюстрирующий конструкцию пластины связи полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления;
на фиг. 9В представлен чертеж, иллюстрирующий конструкцию пластины связи полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления;
на фиг. 9С представлен чертеж, иллюстрирующий конструкцию пластины связи полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления;
на фиг. 9D представлен чертеж, иллюстрирующий конструкцию пластины связи полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления;
на фиг. 10 представлено перспективное изображение в разобранном виде полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления данного изобретения;
на фиг. 11 представлено перспективное изображение в разобранном виде дуплексора, объединенного с полосовым фильтром на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления данного изобретения; и
на фиг. 12 представлено перспективное изображение в разобранном виде полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления данного изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже, с подробными ссылками на чертежи, приводится наиболее предпочтительный возможный вариант осуществления данного изобретения. Возможный вариант осуществления, описываемый далее, включает в себя технически предпочтительные признаки, позволяющие осуществить данное изобретение, но объем притязаний изобретения нижеследующим описанием не ограничивается.
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
На фиг. 1 представлено перспективное изображение в разобранном виде полосового фильтра 10 на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления данного изобретения. На фиг. 2 представлено перспективное изображение полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой после сборки. Полосовой фильтр 10 на волноводах с металлической вставкой включает в себя прямоугольные волноводы A1 и B2, отделенные друг от друга вдоль середины имеющей большую ширину поверхности фильтра, и тонкую металлическую пластину 3, заключенную между прямоугольными волноводами A1 и B2 и предназначенную для осуществления резонанса на заданной частоте.
Выполнение вырезов в пластинах связи, которое определяет связь между резонатором 4 и наружным участком, дает возможность упрочить связь между резонатором 4 и наружным участком, а также воплотить коэффициент связи, требуемый для получения целевых характеристик. В этом примере пластина связи, которая имеет вырез, называется пластиной a5 связи, а пластина связи, которая не имеет выреза, называется пластиной b6 связи. На фиг. 1 и фиг. 2 среди всех пластин связи, включая первую пластину связи и последнюю пластину связи, имеют вырезы только первая пластина связи и последняя пластина связи. В альтернативном варианте иметь вырез может пластина связи, не являющаяся (иметь вырезы могут пластины связи, не являющиеся) первой пластиной связи и последней пластиной связи.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ
Описывается конкретный пример проводимой работы, когда некоторые из пластин связи, которые определяют коэффициент связи, имеют вырезы. В этом примере используется семикаскадный полосовой фильтр, в котором используются прямоугольные волноводы (3,1 мм×1,55 мм) в диапазоне частот от 70 до 80 ГГц. В данных, представляющих этот конкретный пример, используется режим TE101, который является одним из режимов распространения по прямоугольному волноводу. Фиг. 3 иллюстрирует пример полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой, имеющей известную форму металлической пластины. Фиг. 4А и фиг. 4B соответственно иллюстрируют в увеличенном масштабе виды металлической пластины полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно данному изобретению и металлической пластины известного полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой.
Во-первых, описывается причина, по которой конструкция металлической пластины не позволяет воплотить фильтр, имеющий широкий диапазон частот. На фиг. 5 представлена диаграмма, иллюстрирующая зависимость между диапазоном пульсаций и коэффициентом k связи. Коэффициент связи в этом примере является коэффициентом связи, используемым в фильтре Чебышева, и этот фильтр имеет частоту 73,5 ГГц. Коэффициент связи, требующийся для первой пластины связи (последней пластины связи), является наибольшим среди коэффициентов связи, которые определяют диапазон частот фильтра. Следовательно, в этом примере описывается зависимость между диапазоном пульсаций и коэффициентом связи первой пластины. Например, чтобы изготовить фильтр, в котором средняя частота фильтра составляет 73,5 ГГц, имеется семь каскадов, а диапазон пульсаций составляет 6000 МГц, необходимо задать коэффициент связи первой пластины связи, составляющий 0,53. Чтобы получить целевые характеристики, необходимо удовлетворить требуемому коэффициенту связи. Отклонение от требуемого коэффициента связи может ухудшить характеристики. В фильтре на волноводах с металлической вставкой конструкция, которая определяет коэффициент связи, является пластиной связи.
Фиг. 6 иллюстрирует зависимость между шириной W пластины связи и коэффициентом k связи в известной конструкции. Ширина W пластины связи иллюстрируется на фиг. 4B. На фиг. 6 сплошная линия отображает конструкцию, в которой толщина металлической пластины задана равной 0,1 мм, а пунктирная линия отображает конструкцию, в которой толщина металлической пластины задана равной 0,2 мм. По мере увеличения толщины металлической пластины и по мере уменьшения ширины металлической пластины коэффициент связи увеличивается. Вместе с тем, ввиду производственных ограничений нижний предел ширины металлической пластины является, по существу, таким же, как толщина металлической пластины. Ввиду прочности металлической пластины невозможно уменьшить толщину металлической пластины до упомянутого предела. Принимая во внимание производительность при сборке или аналогичные параметры, толщина металлической пластины, по большей мере, составляет примерно 0,1 мм. Максимальное допустимое значение коэффициента связи составляет 0,39.
При воплощении полосового фильтра, в котором средняя частота составляет 73,5 ГГц, имеется семь каскадов, а диапазон пульсаций составляет 6000 МГц, как указано в вышеизложенном примере, обычная конструкция не в состоянии достичь коэффициента связи 0,53, несмотря на то что значение 0,53 необходимо в качестве коэффициента связи первой пластины связи (последней пластины связи). В известной конструкции имеется ограничение, сводящееся к тому, что воплощается полосовой фильтр, имеющий диапазон пульсаций 3000 МГц или ниже. По вышеупомянутой причине известная конструкция металлической пластины не в состоянии обеспечить воплощение фильтра, имеющего большой диапазон частот, так что выгодна пластина связи согласно возможному варианту осуществления, имеющая форму, обеспечивающую увеличение коэффициента связи.
Фиг. 7 иллюстрирует зависимость между зазором D между участками пластины связи и коэффициентом k связи. Зазор D между участками пластины связи изображен на фиг. 4A. В этом примере, ширина W металлической пластины задана равной 1 мм. По мере увеличения зазора D между участками пластины связи увеличивается и коэффициент связи. Выполнение вырезов в некоторых из пластин связи, которые отделяют резонаторы друг от друга (отделяют резонаторы от наружного участка), делает возможным упрочение связи между резонаторами и увеличение коэффициента связи. Например, когда зазор D между участками пластины связи задан составляющим примерно 0,6 мм, коэффициент связи становится равным 0,53. Таким образом, можно воплотить полосовой фильтр, имеющий диапазон пульсаций 6000 МГц, который не удалось бы воплотить посредством известной конструкции.
Фиг. 8 иллюстрирует характеристики полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой, выполненного с использованием конструкции согласно возможному варианту осуществления. Сплошная линия отображает вносимые потери S21, а пунктирная линия отображает обратные потери S11. Фильтр имеет металлическую пластину, в которой вырезаны только первая пластина связи и последняя пластина связи. Фильтр обеспечивает повышенные характеристики. В этом примере описываются характеристики фильтра, в котором среди всех пластин связи, включая первую пластину связи и последнюю пластину связи, вырезаны только первая пластина связи и последняя пластина связи. В альтернативном варианте может быть вырезана пластина связи, отличающаяся от первой пластины связи и последней пластины связи (или могут быть вырезаны пластины связи, отличающиеся от первой пластины связи и последней пластины связи), в зависимости от требуемого коэффициента связи. Как описано выше, использование конструкции согласно возможному варианту осуществления делает возможным воплощение коэффициента связи, который не удалось бы воплотить посредством известной конструкции, и делает возможным воплощение фильтра с широким диапазоном частот.
В вышеизложенном описании используется режим TE101, который является одним из режимов распространения в волноводе. Использование согласно возможному варианту осуществления делает возможной конфигурацию полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой в режиме более высокого порядка, таком как режим TE102 или режим TE103. Использование режима более высокого порядка выгодно при создании с меньшей вариацией относительно погрешности в размере. Когда используют режим TE102, чувствительность относительно погрешности в размере снижается наполовину по сравнению с режимом TE101. Однако использование режима более высокого порядка может увеличить коэффициент связи, необходимый для воплощения фильтра, имеющего такой же диапазон частот. Следовательно, использование конструкции согласно возможному варианту осуществления, позволяющему воплотить больший коэффициент связи, делает возможным создание фильтра, в котором используется режим более высокого порядка, такой как TE102 или Т103, а вариация относительно погрешности в размере мала. Кроме того, поскольку  вариация относительно погрешности в размере мала, уменьшается необходимость регулирования характеристик с помощью винта, в результате чего происходит сокращение затрат.
Количество каскадов фильтра, использованное в описании полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления, составляет семь. Количество каскадов фильтра проектируют в зависимости от требуемой полосы пропускания и требуемой величины затухания, и оно не ограничивает объем притязаний изобретения. Кроме того, как иллюстрируется на фиг. 9А-9D, можно модифицировать способ осуществления выреза в пластине а5 связи. Гарантировать характеристики можно даже тогда, когда угол пластины а5 связи скруглен или ширины обоих концов пластины а5 связи отличаются друг от друга. Иными словами, участок пластины а5 связи, имеющей вырез, может иметь линейную форму, криволинейную форму или ступенчатую форму.
На фиг. 10 представлен чертеж, иллюстрирующий конфигурацию, в которой форма фильтра модифицирована. В этом случае изобретение также применимо для криволинейного фильтра. Фильтр не обязательно должен быть линейным фильтром. Кроме того, на фиг. 11 представлен чертеж, иллюстрирующий дуплексор, конфигурация которого обеспечивает объединение с двумя фильтрами и волноводным тройником. Полосовой фильтр, имеющий конструкцию согласно данному изобретению, также применим к дуплексору или мультиплексору. Форма фильтра или положение канала 34 проектируется в соответствии с поверхностью раздела устройства и не ограничивает данное изобретение. В частности, волновод может иметь U-образную форму.
На фиг. 12 представлен чертеж, иллюстрирующий конфигурацию, в которой вместо металлической пластины используется печатная плата. Формирование пластин связи и резонаторов посредством структуры металлического слоя на печатной плате 43 делает возможной такую же конфигурацию полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой, как в случае использования металлической пластины. Использование печатной платы выгодно при формировании фильтра, усилителя и т.п. на одной подложке, что упрощает соединение элементов друг с другом. Использование печатной платы делает возможным формирование волновода, микрополоскового линейного преобразователя, и т.п. на печатной  плате.
В соответствии с данным изобретением ввиду вышеупомянутых характеристик полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой согласно возможному варианту осуществления оказывается возможным увеличение коэффициента связи. Поэтому оказывается возможным создание полосового фильтра на волноводах с металлической вставкой, имеющего широкий диапазон частот. Кроме того, возможно использование режима более высокого порядка, такого как режим TE102 или режим TE103, что делает возможным создание фильтра с меньшей вариацией относительно погрешности в размере. Помимо этого, поскольку вариация относительно погрешности в размере мала, уменьшается необходимость регулирования характеристик с помощью винта. Это выгодно при сокращении затрат. Кроме того, резонаторы можно формировать на одной пластине, что делает возможным сокращение времени сборки и времени регулировки с помощью винта. Это выгодно при сокращении затрат.
Данное изобретение не ограничивается вышеизложенным возможным вариантом осуществления и его примерами и может быть модифицировано различными способами в той степени, в какой такие модификации находятся в рамках объема изобретения, характеризуемого ниже. Излишне говорить, что такие модификации находятся в рамках объема изобретения.
Данная заявка притязает на приоритет на основании патентной заявки Японии № 2012-196858, поданной 7 сентября 2012 г., все описание которой включено сюда посредством ссылки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Данное изобретение относится к полосовому фильтру на волноводах с металлической вставкой, предназначенному для использования в диапазоне микроволн или диапазоне миллиметровых волн.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ
1, 21, 31, 41 Прямоугольный волновод A
2, 22, 32, 42 Прямоугольный волновод В
3, 23, 33 Металлическая пластина
34 Канал
4 Резонатор
5 Пластина а связи
5 Пластина b связи
10 Полосовой фильтр на волноводах с металлической вставкой
43 Печатная плата
44 Сквозное отверстие