Устройство для увеличения крутизны АЧХ СВЧ-блока фильтров
DEVICE FOR INCREASING AMPLITUDE FREQUENCY RESPONSE OF MICROWAVE FILTER UNIT

Изобретение относиться к радиотехнике и технике сверхвысоких частот (далее по тексту - СВЧ), а именно к многоканальным СВЧ-фильтрам, состоящим из полосопропускающихи режекторных фильтров, и соединенных коаксиальными кабелями, которые выполняют роль фазовых задержек. Изобретение предназначено для селекции сигналов в устройствах связи, радиолокации, радионавигации и измерительной техники.
Актуальной задачей является увеличение крутизны фронтов различных СВЧ-фильтров, особенно в тех случаях, когда разница граничной частоты полосы пропускания и граничной частоты полосы запирания составляет менее 0,5% частоты.
Известны полосопропускающие фильтры (далее по тексту - ППФ) с дополнительными экранами по патенту RU 2688826 C1 [«МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР», ФГАОУВО «Сибирский федеральный университет», 18.06.2018]. Наличие экранов позволяет внести дополнительные потери в паразитных полосах пропускания и в полосе запирания ППФ.
К недостаткам можно отнести невозможность влияния экранов на крутизну скатов самого ППФ. Не представлено описание взаимного влияния данного типа фильтров на другие фильтры при подключении их в едином устройстве.
Известен ППФ с увеличенной крутизной за счет наличия связей по патенту US6236292B1 [«BANDPASS FILTER», Delaware Capital Formation Inc., Jun. 30, 1999]. Предложенный вариант построения фильтра обладает преимуществами перед классическими фильтрами, за счет получения нулей АЧХ фильтра за счет использования дополнительных емкостных или индуктивных связей.
К недостаткам можно отнести невозможность влияния нулей на крутизну скатов ППФ на частотах близких к полосе пропускания. Не представлено описание взаимного влияния данного типа фильтров на другие фильтры при подключении их в едином устройстве.
Известны фильтры со связями между элементами ППФ по патенту EP2741364A2 [«RADIO FREQUENCY FILTER EMPLOYING NOTCH STRUCTURE», KMW Inc., 05.08.2011]. Предложенный вариант построения фильтра обладает преимуществами перед классическими фильтрами, за счет получения нулей АЧХ фильтра за счет использования дополнительных емкостных и индуктивных связей. Использование сразу нескольких связей позволяет сформировать большее число нулей АЧХ.
Принято за прототип.
К недостаткам прототипа относятся:
- невозможность влияния нулей на крутизну скатов ППФ на частотах близких к полосе пропускания;
- не представлено описание взаимного влияния данного типа фильтров на другие фильтры при подключении их в едином устройстве.
Изобретение не обладает данными недостатками.
Подробное описание изобретения:
Целью изобретения являлось получение метода совместной настройки нескольких СВЧ-фильтров с учетом линий задержки, чтобы обеспечить увеличение крутизны характеристики АЧХ ППФ, которая не очевидна из характеристик входящих в СВЧ-фильтр блоков и создание СВЧ-блока фильтров, обеспечивающего крутизну характеристики менее 0,2% разницы граничной частоты полосы пропускания и граничной частоты полосы запирания.
Принцип работы фильтров входящих в состав СВЧ-блока фильтров не отличается от общеизвестных. Основным отличием СВЧ-блока фильтров (устройства) с линиями задержки, которые выполнены в виде пятидесятиомных коаксиальных линий, между отдельными фильтрами является достигаемое увеличение крутизны характеристики за счёт взаимного фазирования двух и более скатов различных звеньев фильтров (в том числе с учетом петель связи между звеньями ППФ, при этом количество связей между звеньями может быть от одной до N-2, где N – число звеньев ППФ), входящих в состав данного устройства. В ППФ связи между звеньями могут быть как ёмкостными, так и индуктивными. ППФ и режекторные фильтры, входящие в устройство, могут быть выполнены как на микрополосковой технологии, так и на объёмных резонаторах, и иметь как как воздушное, так и диэлектрическое заполнение.
Изобретательский уровень достигается за счёт формирования характеристики АЧХ ППФ с использованием режекторных фильтров, при этом каждый из используемых режекторных фильтров может иметь различные АЧХ по глубине и полосе режекции, через регулируемые (подборные) линии задержки, при этом подбор или регулировка могут осуществляться как механически, так и электрически. Совместно такое устройство обеспечивает увеличение крутизны ската характеристики АЧХ большее, чем обеспечивается суммой отдельных характеристик фильтров составляющих СВЧ-блок фильтров, при этом увеличение крутизны может достигаться как со стороны верхних частот, так и со стороны нижних.
Новизна обеспечивается за счёт малого количества звеньев ППФ, обеспечивающих те же характеристики, что и известные аналоги, в том числе и с учётом применения дополнительных режекторных фильтров.
Получение эффекта увеличения крутизны возможно как при использовании одного дополнительного режекторного фильтра, так и при использовании нескольких режекторных фильтров, связанных так же линией задержки.
Сущность изобретения поясняется рисунками:
На Фиг.1 показана блок-схема СВЧ-блока-фильтров.
На Фиг.2 показана эквивалентная электрическая схема СВЧ-блока фильтров и входящих в него: ППФ 8го порядка, двух режекторных фильтров 3го порядка и двух линий задержки.
На Фиг.3 показано сравнение АЧХ традиционной конструкции блока фильтров и СВЧ-блока фильтров. Обе сравниваемых конструкции состоят из: ППФ 8го порядка, двух режекторных фильтров 3го порядка и двух линий задержки.
Достоинства вышеописанной конструкции:
СВЧ-блок фильтров с линиями задержки между отдельными фильтрами позволяет получить крутизну ската характеристики АЧХ большую, чем сумма отдельных характеристик фильтров составляющих устройство.
Раскрытие и осуществление изобретения:
Первым существенным признаком, достаточным для достижения, указанного выше, технического результата, является применение линий задержки между СВЧ-фильтрами в СВЧ-блоке фильтров.
Вторым существенным признаком является применение последовательность соединения ППФ и режекторных фильтров. При изменении последовательности соединения, а также и при изменении настройки каждого из фильтров, линии задержки необходимо подбирать заново, а также производить перенастройку фильтров.
Третьим существенным признаком является применение петель связи в ППФ, что обеспечивает дополнительные элементы регулировки и усиливает влияние линий задержки и увеличивает крутизну скатов ППФ.
Работа СВЧ-блока фильтров:
СВЧ-блок фильтров 4 состоит из плосопропускающего фильтра (ППФ) 1, двух линий задержки 2-1 и 2-2, двух резекторных фильтров 3-1 и 3-2, входной разъём 5 расположен на ППФ 1, а выходной разъём 6 на крайнем режекторном фильтре 3-2. Линии задержки 2-1 и 2-2 осуществляют временную задержку сигнала и его фазовый сдвиг. Длина линий задержек подбирается или регулируется при настройке СВЧ-блока фильтров 4 таким образом, чтобы совместить нули режекторных фильтров 3-1 и 3-2 и нули петель связи 8, 9, 10 ППФ 1.
ППФ 1 состоит из восьми звеньев 7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5, 7-6, 7-7, 7-8, семи связей между звеньями 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7 и трех связей 8, 9, 10 между зеркальными звеньями 7-1 и 7-8, 7-2 и 7-7, 7-3 и 7-6. Связь 9 включается в противофазе к связям 8 и 10.
Режекторный фильтр 3-1 состоит из четырех звеньев режекции 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, подключенных к единой линии связи, представляющей собой полосковую линию от входа до выхода режекторного фильтра 3-1. Аналогичным образом устроен и режектор 3-2 со звеньями 12-5, 12-6, 12-7 и 12-8.
Линии задержки 2-1 и 2-2 подбираются исходя их АЧХ и характеристик соединяемых ППФ 1 и режекторных фильтров 3-1 и 3-2. Критерием оценки правильности выбора длины линий задержки 2-1 и 2-2 (с учетом сдвига фазы в линии) является получаемая при соединении характеристика. ППФ 1 и режекторные фильтры 3-1 и 3-2 по отдельности настраиваются на частоты близкие к требуемым (нули ППФ 1 и режекторных фильтров 3-1 и 3-2 располагать максимально близко к полосе пропускания). Затем ППФ 1 и режекторные фильтры 3-1 и 3-2 соединяют линиями задержки 2-1 и 2-2. Линии задержки 2-1 и 2-2 являются подборными или регулируемыми. При подборе длины линий задержки 2-1 и 2-2 обращают внимание на итоговую АЧХ. При оптимально подобранных линиях задержки должен образовываться глубокий и широкий суммарный ноль в полосе запирания, которого не было при других вариантах линий задержки. При подборе линий задержки ППФ 1 и режекторные фильтры 3-1 и 3-2 не регулируют.
После подбора оптимальных длин линий задержки 2-1 и 2-2 необходимо произвести перестройку режекторных фильтров 3-1 и 3-2 и связей 8, 9, 10 в ППФ 1, поскольку с оптимальными линиями задержки 2-1 и 2-2 появляется возможность дополнительно передвинуть нули связей 8, 9, 10 и режекторных фильтров 3-1 и 3-2 к полосе пропускания, но без эффекта уменьшения глубины нулей, который наблюдается при других длинах линий задержки 2-1 и 2-2.