ДИПЛЕКСЕР

Полезная модель относится к технике СВЧ и предназначено для создания частотно-разделительных устройств на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов преимущественно в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн.
Известны диплексеры (см. Диэлектрические резонаторы в микроэлектронике СВЧ/ Ю.М.Безбородов, Л.Г.Гассанов, А.А.Липатов и др. - Обзоры по Электронной технике, Серия 1 «Электроника СВЧ», вып.4 (786), ЦНИИ «Электроника» МЭП СССР, 1981, 82 с. с.53-56), которые содержат два отрезка волновода, запредельные в рабочем диапазоне частот диплексера, в которых выполнены полосно-пропускающие фильтры на диэлектрических резонаторах, Y-циркулятор, к двум из трех выводов которого подключены входы полосно-пропускающих фильтров, а третий вывод которого и выходы полосно-пропускающих фильтров образуют выходные разъемы устройства.
Однако такие технические решения имеют дополнительные потери в полосе пропускания, вносимые Y-циркулятором.
Наиболее близким к предлагаемому является диплексер (см. Диэлектрические резонаторы в микроэлектронике СВЧ/ Ю.М.Безбородов, Л.Г.Гассанов, А.А.Липатов и др. - Обзоры по Электронной технике, Серия 1 «Электроника СВЧ», вып.4 (786), ЦНИИ «Электроника» МЭП СССР, 1981, с.56, рис.46), содержащий отрезок цилиндрического волновода круглого сечения с торцевыми стенками и металлической стенкой с отверстием, ортогональной его поперечному сечению, выполняющего функцию экрана запредельного в рабочей полосе частот, в котором размещен Y-циркулятор, первое плечо которого подключено к входному коаксиальному разъему с центральным проводником, установленному ортогонально относительно цилиндрической стенки отрезка цилиндрического волновода, а второе и третье его плечи подключены к петлям связи с входными цилиндрическими
диэлектрическими резонаторами двух подоено-пропускающих фильтров, образованных каждый диэлектрическими резонаторами, коаксиально размещенными вдоль оси отрезка круглого цилиндрического волновода с одной и с другой сторон от Y-циркулятора и укрепленными осесимметричными держателями, а выходные диэлектрические резонаторы фильтров электромагнитно связаны каждый с выходными элементами связи, соединенными с выходными коаксиальными разъемами своего канала.
Однако такие диплексеры обладают дополнительными потерями, связанными с применением Y-циркулятора.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение потерь в полосах пропускания частотных каналов диплексера и паразитных полос пропускания, увеличение развязки между полосами пропускания частотных каналов диплексера.
Решение этой задачи достигается тем, что известный диплексер, содержащий отрезок круглого цилиндрического волновода с крайними торцевыми стенками, входной коаксиальный разъем, установленный ортогонально относительно цилиндрической стенки отрезка цилиндрического волновода, петли связи с входными цилиндрическими диэлектрическими резонаторами первого и второго полосно-пропускающих фильтров, образованных каждый цилиндрическими диэлектрическими резонаторами, коаксиально расположенными вдоль оси отрезка круглого цилиндрического волновода с одной и с другой сторон от входного коаксиального разъема с центральным проводником и укрепленные в нем осесимметричными держателями, а выходные цилиндрические диэлектрические резонаторы первого и второго полосно-пропускающих фильтров электромагнитно связаны каждый с выходными элементами связи, подключенными к выходным коаксиальным разъемам первого и второго частотных каналов, и металлическую стенку с отверстием, ортогональную поперечному сечению отрезка круглого цилиндрического волновода, снабжен промежуточными проводящими стенками с отверстиями связи,
вторыми металлическими торцевыми стенками, дополнительными проводящими стержнями, элементами настройки резонансных частот цилиндрических диэлектрических резонаторов, элементами настройки резонансных частот коаксиальных резонаторов, элементами настройки связи между открытыми диэлектрическими и коаксиальными резонаторами, все элементы настроек выполнены в виде винтов, отрезок круглого цилиндрического волновода выполнен из полых металлических цилиндров с внешними резьбами, расположенными на их концах, и вторых полых металлических цилиндров с внутренними резьбами, расположенными на их концах, все полые металлические цилиндры соединены резьбами и образуют внешний цилиндрический экран, входной коаксиальный разъем расположен ортогонально относительно внешней цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра, металлическая стенка установлена в поперечном сечении полого металлического цилиндра, проходящем через ось симметрии входного коаксиального разъема, отверстие в металлической стенке размещено у внутренней цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра в месте установки входного коаксиального разъема, центральный проводник входного коаксиального разъема расположен в отверстии в металлической стенке параллельно ее плоскости, а петли связи с входными цилиндрическими диэлектрическими резонаторами соответственно первого и второго полосно-пропускающих фильтров присоединены к центральному проводнику входного коаксиального разъема и расположены каждая параллельно плоскости металлической стенки на противоположных ее сторонах, причем образующие предпоследнего и последнего цилиндров на концах внешнего цилиндрического экрана с каждой стороны от входного коаксиального разъема расположены ортогонально, в отверстиях образованных на пересечении их цилиндрических поверхностей размещены промежуточные проводящие стенки, совпадающие с поверхностью предпоследних полых металлических цилиндров, оконечные полые металлические цилиндры экрана выполнены с
вторыми металлическими торцевыми стенками, в каждом из предпоследних полых металлических цилиндров установлена дополнительная торцевая стенка, в каждом из последних полых металлических цилиндров расположен дополнительный стержень, образующий коаксиальный резонатор и укрепленный на второй металлической торцевой стенке крайнего полого металлического цилиндра, элементы настройки резонансных частот цилиндрических диэлектрических резонаторов установлены в предпоследних полых металлических цилиндрах, винты которых расположены в дополнительных торцевых стенках параллельно торцевым стенкам цилиндрических диэлектрических резонаторов, винты настройки резонансной частоты коаксиальных резонаторов, установлены каждый соосно проводящему стержню на крайних торцевых стенках крайних полых металлических цилиндров, винты настройки связи между открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами и коаксиальными резонаторами расположены в предпоследних полых металлических цилиндрах и размещены в отверстиях связи в промежуточных проводящих стенках предпоследнего и последнего полых металлических цилиндров, выходные коаксиальные разъемы, установлены каждый ортогонально относительно цилиндрической стенки крайнего полого металлического цилиндра.
Кроме того, петля связи с входным цилиндрическим диэлектрическим резонатором первого полосно-пропускающего фильтра может быть выполнена с длиной равной половине длины волны на резонансной частоте входного цилиндрического диэлектрического резонатора первого полосно-пропускающего фильтра, а петля связи с входным цилиндрическим диэлектрическим резонатором второго полосно-пропускающего фильтра выполнена с длиной равной половине длины волны на резонансной частоте входного цилиндрического диэлектрического резонатора второго полосно-пропускающего фильтра.
Дополнительно, петли связи могут быть выполнены в виде конических спиралей.
Кроме того, осесимметричные держатели каждого цилиндрического диэлектрического резонатора выполнены в виде трех тонких металлических пластин, плоскости которых ориентированы по радиусу полых металлических цилиндров и развернуты под углом (120±10)° друг относительно друга, при этом один из торцов каждой из тонкой металлической пластины упирается в цилиндрическую поверхность диэлектрического резонатора, а противоположный торец этой тонкой металлической пластины закреплен относительно внутренней поверхности полого металлического цилиндра.
Кроме того, элементы связи с коаксиальным резонатором могут быть выполнены в виде плоских петель связи.
Дополнительно внешняя поверхность вторых полых металлических цилиндров может быть выполнена в виде плоских радиаторов,
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен диплексер на диэлектрических резонаторах, а на фиг.2 показан вид АА, фиг.3 изображен вид по стрелке В элемента решения диплексера, на фиг.4 представлен вид В элемента технического решения диплексера, на фиг.5 показан вид по стрелке С элемента решения диплексера, на фиг.6 представлен вид С элемента решения диплексера, на фиг.7 изображен вид действующего образца диплексера, на фиг.8 представлена частотная характеристика диплексера.
Диплексер содержит отрезок цилиндрического волновода 1, выполняющего функцию экрана, который выполнен в виде полых металлических цилиндров 2, снабженных внешними резьбами 3, расположенными на их концах, вторые полые металлическиие цилиндры 4 с внутренними резьбами 5, расположенными на их концах, входной коаксиальный разъем 6, установленный ортоганально относительно цилиндрической стенки 7 полого металлического цилиндра 2, металлическую стенку 8 с отверстием 9, центральный проводник 10 входного коаксиального разъема 6, размещенный в отверстии 9, цилиндрические
диэлектрические резонаторы 11, петли связи 12 и 13 с входными 14 и 15 цилиндрическими диэлектрическими резонаторами 11 соответственно первого 16 и второго 17 полосно-пропускающих фильтров, предпоследний 18 и последний 19 цилиндры на концах отрезка цилиндрического волновода 1 с каждой стороны от входного коаксиального разъема 6 диплексера, отверстия 20, образованные на пересечении цилиндрических поверхностей полых металлических цилиндров 18 и 19, крайняя торцевая стенка 21, коаксиальные резонаторы 22, образованные проводящими стержнями 23, укрепленными на вторых металлической торцевых стенках 24 крайних полых металлических цилиндров 2, винты 25 элементов настройки резонансных частот цилиндрических диэлектрических резонаторов 11, установленные в предпоследних полых металлических цилиндрах 2 в торцевых стенках 26 параллельно торцевым стенкам цилиндрических диэлектрических резонаторов 11, проводящие винты 27 настройки резонансной частоты коаксиальных резонаторов 22, установленные каждый соосно проводящему стержню 23 на крайних торцевых стенках 21 крайних полых металлических цилиндров 2, винты 28 настройки связи между цилиндрическими диэлектрическими резонаторами 11, установленными в предпоследних полых металлических цилиндрах 2, и коаксиальными резонаторами 22, коаксиальные разъемы 29 для связи с подводящими линиями, установленные каждый ортогонально относительно цилиндрической стенки 30 крайнего полого металлического цилиндра 2. Центральные проводники 31 коаксиальных разъемов 29 для связи с подводящими линиями подключены к элементам связи 32 с коаксиальными резонаторами 22, которые установлены в последних полых металлических цилиндрах 19 первого и второго полосно-пропускающих фильтров. Цилиндрические диэлектрические резонаторы 11 укрепленные в полых металлических цилиндрах 2 осесимметричными держателями 33.
Петли связи 12 и 13 могут быть выполнены в виде конических спиралей.
Осесимметричные держатели 33 каждого цилиндрического диэлектрического резонатора 11, могут быть выполнены в виде трех тонких металлических пластин 34, плоскости которых ориентированы по радиусу полых металлических цилиндров 2 и развернуты под углом (120±10)° друг относительно друга. В цилиндрическую поверхность 35 диэлектрического резонатора 11 упирается один из торцов каждой из тонкой металлической пластины 34, а противоположный торец этой тонкой металлической пластины 34 закреплен относительно внутренней поверхности 36 полого металлического цилиндра 11.
Элементы связи 32 с коаксиальным резонатором 22 могут быть выполнены в виде плоских петель связи 37.
Внешняя поверхность вторых полых металлических цилиндров 4 может быть выполнена в виде плоских радиаторов 38.
Диплексер работает следующим образом.
Коаксиальные разъемы 6 и 29 подключаются к линиям передачи СВЧ цепи. При наличии многочастотной электромагнитной волны в линии, подключенной к разъему 6, петли связи 12 и 13 с входными 14 и 15 цилиндрическими диэлектрическими резонаторами 11 соответственно первого 16 и второго 17 полосно-пропускающих фильтров возбуждают электромагнитные колебания на резонансных частотах соответствующих резонаторов 14 и 15. Резонаторы 14 и 15 передают электромагнитную энергию на соответствующих частотах через резонаторы 11, петли связи 12 и 13 на коаксиальные резонаторы 22.
Винты 25 элементов настройки резонансных частот цилиндрических диэлектрических резонаторов 11 корректируют изменения резонансных частот цилиндрических диэлектрических резонаторов 11, возникающие в результате настройки связи между ними. Настройка связи между цилиндрическими диэлектрическими резонаторами осуществляется изменением расстояния между ними. Изменение расстояния достигается
взаимным перемещением полых металлических цилиндров 2 за счет вращения вторых полых металлических цилиндров 4.
Настройки резонансной частоты коаксиальных резонаторов 22, осуществляется проводящими винтами 27, установленными каждый соосно проводящему стержню 23 на крайних торцевых стенках 21 последних полых металлических цилиндров 19.
Настройки связи между цилиндрическими диэлектрическими резонаторами 11, установленными в предпоследних полых металлических цилиндрах 2, и коаксиальными резонаторами 22 осуществляется винтами 29, установленными в отверстиях 20 между предпоследним 18 и последним 19 полыми металлическими цилиндрами 2.
Экспериментально установлено, что, потери в полосах пропускания полосно-пропускающих фильтров 16 и 17 уменьшаются, а развязка между полосами пропускания этих фильтров возрастает, если петля связи 12 с входным цилиндрическим диэлектрическим резонатором 14 первого 16 полосно-пропускающего фильтра выполнена с длиной равной половине длины волны на резонансной частоте входного цилиндрического диэлектрического резонатора 14 первого 16 полосно-пропускающего фильтра, а петля связи 13 с входным цилиндрическим диэлектрическим резонатором 15 второго 17 полосно-пропускающего фильтра выполнена с длиной равной половине длины волны на резонансной частоте входного цилиндрического диэлектрического резонатора 15 второго 17 полосно-пропускающего фильтра.
Экспериментально установлено, что петли связи 12 и 13 выполненные в виде конических спиралей в ряде случаев позволяют оптимальным образом достичь увеличения связи между цилиндрическими диэлектрическим резонаторами 11 в последних 19 полых металлических цилиндрах 2 и при минимальном ухудшении добротности цилиндрических диэлектрических резонаторов 11.
Выполнение осесимметричных держателей 31 каждого цилиндрического диэлектрического резонатора 11, в виде трех тонких металлических пластин 34, плоскости которых ориентированы по радиусу полых металлических цилиндров и развернуты под углом (120±10)° друг относительно друга, при том, что один из торцов каждой из тонкой металлической пластины 34 упирается в цилиндрическую поверхность 35 диэлектрического резонатора 11, а противоположный торец этой тонкой металлической пластины 34 закреплен относительно внутренней поверхности 36 полого металлического цилиндра 11, позволяют резко уменьшить число и уровень паразитных полос пропускания.
При выполнении элементов связи 32 с коаксиальным резонатором 22 в виде плоских петель связи 37 обеспечивает плавную настройку требуемой связи между цилиндрическим диэлектрическим резонатором 11 и подводящей линией.
Выполнение внешней поверхности вторых полых металлических цилиндров 4 в виде плоских радиаторов 38 обеспечивает теплоотвод мощности от фильтра в СВЧ трактах высокого уровня мощности.
Применение предложенного технического решения позволило создать в диапазоне частот 4-5 ГГц диплексеры на диэлектрических резонаторах с девятизвенными полосно-пропускающими фильтрами с параметрами: полосы пропускания первого и второго фильтров ~ 3%, потери в полосе не хуже 1,3 дБ, уровень затухания в полосе частот соседнего канала более - 80 дБ, применимыми в трактах с мощностью до 100 Вт.