ДИПЛЕКСЕР

Полезная модель относится к технике СВЧ и предназначена для создания частотно-разделительных устройств на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов преимущественно в коротковолновой 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.
Недостаток таких технических решений диплексеров определяется дополнительными потерями в полосе пропускания, вносимыми Y-циркулятором.
1
2
1
2
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели 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.54, рис 43). Диплексер, содержит первый и второй полосовые частотные фильтры, образованные каждый полым цилиндрическим металлическим экраном, запредельным в рабочей полосе частот фильтра, в которых установлены, соответственно, пит открытых диэлектрических резонаторов с держателями, где n и m - целые числа не меньше двух, первый, второй и третий отрезки линий связи с выходными линиями. В диплексоре сигнал с частотами f и f поступает на входной коаксиал и с помощью штыря возбуждает входные диэлектрические резонаторы подоено-пропускающих фильтров на частоты f и f, каждый из которых выполнен в отрезке запредельного волновода прямоугольного сечения
1
2
на базе планарно размещенных вдоль продольной оси диэлектрических резонаторов, а с крайних резонаторов попоено-пропускающих фильтров сигналы с частотами f и f, соответственно, через штыри связи поступают в выходные линии.
Недостатком таких технических решений является плохая избирательность полосно-пропускающих фильтров относительно частот соседних каналов в сочетании с высоким уровнем потерь в полосе пропускания, что связано с недостаточной электромагнитной связью штыря возбуждения и входными резонаторами.
Технической задачей предлагаемого полезной модели является уменьшение потерь в полосах пропускания частотных каналов диплексера, уменьшение паразитных полос пропускания, увеличение развязки между полосами пропускания частотных каналов диплексера.
Решение этой задачи достигается тем, известный диплексер, содержащий первый и второй полосовые частотные фильтры, образованные каждый полым цилиндрическим металлическим экраном, запредельным в рабочей полосе частот фильтра, в которых установлены, соответственно, n и m открытых диэлектрических резонаторов с держателями, где n и m - целые числа не меньше двух, первый, второй и третий отрезки линий связи с выходными линиями, снабжен n+m диэлектрическими цилиндрами, n+m винтами настройки частоты и (n+m - 2) винтами настройки связи, у открытых дисковых диэлектрических резонаторов оси расположены перпендикулярно продольной оси полого цилиндрического металлического экрана, причем соседние дисковые диэлектрические резонаторы установлены друг относительно друга так, что их оси расположены под углом от нуля до 45°, расстояния l между соседними открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами выбрано из условия 2d≤l≤4d, где d - диаметр открытого дискового диэлектрического резонатора, держатели крайних открытых дисковых диэлектрических резонаторов выполнены в виде диэлектрических цилиндров, установленных ортогонально на внутренней поверхности стенки соответствующего полого цилиндрического металлического экрана и жестко присоединены к ним клеем, держатели остальных открытых дисковых
диэлектрических резонаторов выполнены в виде винта, установленного на резьбе в боковой стенке полого цилиндрического металлического экрана, к торцу винта внутри полого цилиндрического металлического экрана жестко присоединен один из торцов диэлектрического цилиндра, например, клеем, противоположный торец диэлектрического цилиндра жестко соединен с плоской поверхностью открытого дискового диэлектрического резонатора, например, клеем, винт настройки частоты ввернут в стенку полого цилиндрического металлического экрана соосно каждому открытому дисковому диэлектрическому резонатору, причем длина винта настройки частоты выбрана из условия не меньше толщины стенки и не больше половины диаметра полого цилиндрического металлического экрана, а на половине расстояния l между каждой парой открытых дисковых диэлектрических резонаторов в стенку полого цилиндрического металлического экрана ввернут винт настройки связи, ось которого перпендикулярна продольной оси полого цилиндрического металлического экрана и расположена под углом относительно осей соседних открытых дисковых диэлектрических резонаторов, равным половине угла между ними, каждый из отрезков линий связи выполнен в виде отрезка полого прямоугольного волновода с волноводным фланцем на одном из концов и плоской короткозамыкающей стенкой на другом, полый цилиндрический металлический экран первого полосового частотного фильтра установлен ортогонально и жестко присоединен торцами, например, пайкой между стенками первого и второго отрезков полого прямоугольного волновода вне них, другой полый цилиндрический металлический экран второго полосового частотного фильтра установлен ортогонально и жестко присоединен торцами, например, пайкой между стенками второго и третьего отрезков полого прямоугольного волновода вне них, в стенках отрезков полых прямоугольных волноводов в местах присоединения полых цилиндрических металлических экранов выполнены отверстия с размерами равными поперечным размерам каждой из соответствующих полостей полых цилиндрических металлических экранов, центры отверстий удалены от плоскостей соответствующих короткозамыкающих стенок на расстояния половины длин волн центральных частот соответственно первого и второго полосовых
частотных фильтров, а крайние из n и m открытых диэлектрических резонаторов, которые установлены в полых цилиндрических металлических экранах, размещены выступающими в отверстия в стенках отрезков полого прямоугольного волновода внутрь полостей отрезков полого прямоугольного волновода.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлен конструкция диплексера, на фиг.2 показано сечение А-А диплексера, на фиг.3 показано сечение Б-Б, на фиг.4 показано сечение В-В, на фиг.5 показано сечение Г-Г, на фиг.6 показано сечение Д-Д, на фиг.7 - сечение Е-Е диплексера. На фиг.8 представлен внешний вид диплексера для Кu диапазона длин волн, и на рис.9 показана его частотная характеристика.
Диплексер, содержит первый и второй полосовые частотные фильтры, образованные каждый полым цилиндрическим металлическим экраном 1 и 2, запредельными в рабочей полосе частот диплексера, в которых установлены, соответственно, пит открытых диэлектрических резонаторов 3 и 4, где n и m - целые числа не меньше двух, первый 5, второй 6 и третий 7 отрезки полого прямоугольного волновода каждый с волноводным фланцем 8 на одном из концов и плоской короткозамыкающей стенкой 9 на другом, n+m диэлектрических цилиндров 10, n+m винтов настройки частоты 11 и (n+m-2) винтов настройки связи 12. У открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 и 4 оси расположены перпендикулярно продольной оси полого цилиндрического металлического экрана 1 и 2 соответственно, причем соседние дисковые диэлектрические резонаторы 3 и соседние дисковые диэлектрические резонаторы 4 установлены друг относительно друга так, что их оси расположены под углом от нуля до 45°. Расстояния l между соседними открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 3 и соседними открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 4 выбрано из условия 2d≤l≤4d, где d - диаметр открытого дискового диэлектрического резонатора. Крайние в полым цилиндрических металлических экранах 1 и 2 открытые дисковые диэлектрические резонаторы 3 и 4 закреплены на диэлектрических цилиндрах 10, установленных ортогонально на внутренней поверхности стенки 13 соответствующего полого цилиндрического металлического экрана 1 и 2 и жестко присоединены к ним
клеем, виде винта, установленного на резьбе. В боковой стенке 13 полого цилиндрического металлического экрана 1 установлены n - 2, а в боковой стенке 13 полого цилиндрического металлического экрана 2 установлены m - 4 винта 14, к торцу каждого из винтов 14 внутри каждого полого цилиндрического металлического экрана 1 и 2 жестко присоединен, например, клеем, один из торцов диэлектрического цилиндра 10. Противоположный торец каждого диэлектрического цилиндра 10 жестко соединен, например, клеем, с плоской поверхностью открытого дискового диэлектрического резонатора 3 или 4. Винты настройки частоты 11 ввернуты в боковые стенки 13 полых цилиндрических металлических экранов соосно каждому открытому дисковому диэлектрическому резонатору 3 или 4. Длина каждого винта настройки частоты 11 выбрана из условия не меньше толщины стенки 13 и не больше половины диаметра соответствующего полого цилиндрического металлического экрана 1 или 2. На половине расстояния l между каждой парой открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 или 4 в стенку каждого полого цилиндрического металлического экрана, соответственно 1 или 2 ввернуты винты настройки связи 12, оси которых перпендикулярны продольной оси полого цилиндрического металлического экрана 1 и 2 и расположены под углом относительно осей соседних открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 или 4, равным половине угла между ними. Полый цилиндрический металлический экран 1 первого полосового частотного фильтра установлен ортогонально и жестко присоединен торцами, например, пайкой между стенками первого 5 и второго 6 отрезков полого прямоугольного волновода вне них. Другой полый цилиндрический металлический экран 2 второго полосового частотного фильтра установлен ортогонально и жестко присоединен торцами, например, пайкой между стенками второго 6 и третьего 7 отрезков полого прямоугольного волновода вне них. В стенках отрезков полых прямоугольных волноводов 5, 6, 7 в местах присоединения полых цилиндрических металлических экранов 1 и 2 выполнены отверстия 15 с размерами равными поперечным размерам каждой из соответствующих полостей полых цилиндрических металлических экранов 1 и 2. Центры отверстий удалены от плоскостей соответствующих короткозамыкающих стенок
9 на расстояния половины длин волн центральных частот соответственно первого и второго полосовых частотных фильтров, а крайние из n и m открытых диэлектрических резонаторов, которые установлены в полых цилиндрических металлических экранах 1 и 2, размещены выступающими в отверстия 15 в стенках отрезков полого прямоугольного волновода 5, 6, 7 внутрь полостей отрезков полого прямоугольного волновода 5, 6 и 7.
Диплексер работает следующим образом.
Волноводные фланцы 8 подключаются к линиям передачи СВЧ цепи. При наличии многочастотной электромагнитной волны в линии, подключенной к волноводному фланцу 8 отрезка 6 полого прямоугольного волновода, крайние из открытых диэлектрических резонаторов 3 первого полосового частотного фильтра и 4 второго полосового частотного фильтра возбуждают электромагнитные колебания на резонансных частотах соответствующих резонаторов 3 и 4, установленных в полых цилиндрических металлических экранах 1 и 2, запредельных в рабочей полосе частот диплексера. Резонаторы 3 и 4 передают электромагнитную энергию на соответствующих частотах через крайние открытые диэлектрические резонаторы 3 и 4, размещенные в отверстиях 15 соответственно в отрезках 5 и 7 полого прямоугольного волновода.
Резонансные частоты открытых диэлектрических резонаторов 3 и 4 корректируются изменением винтами настройки частоты 11. Настройка связи между открытыми диэлектрическими резонаторами 3 и 4 осуществляется изменением положения винтов настройки связи 12. Регулировка необходимой связи крайних открытых диэлектрических резонаторов 3 и 4 с линиями передачи СВЧ цепи достигается перемещением крайних открытых диэлектрических резонаторов 3 и 4 в отверстиях 15 в стенках отрезков полого прямоугольного волновода 5, 6 и 7.
Расстояние l между открытыми диэлектрическими резонаторами 3 выбирается наименьшим из возможных, т.е. не менее 2d. Экспериментально установлено, что максимальное значение расстояния l ограничено 4d при расположении осей соседних открытых диэлектрических резонаторов 3 или 4 под углом от нуля до 45°. Дополнительная регулировка необходимой взаимной связи
между соседними открытыми диэлектрическими резонаторами 3 достигается применением винтов настройки связи 12.
Расположение полых цилиндрических металлических экранов 1 и 2 первого и второго полосовых частотных фильтров на противоположных стенках второго отрезка полого прямоугольного волновода 6 при удалении центров всех отверстий 15 от плоскостей соответствующих короткозамыкающих стенок 9 на расстояния кратные половинам длин волн центральных частот соответственно первого и второго полосовых частотных фильтров позволяет увеличить развязку частотных каналов диплексера и одновременно увеличить электромагнитную связь крайних открытых диэлектрических резонаторов 3 и 4 соответственно первого и второго полосовых частотных фильтров с линиями передачи СВЧ цепи и тем добиться уменьшения прямых потерь в полосах пропускания частотных каналов диплексера.
Использование полезной модели позволило создать в диапазоне частот 11-15 ГГц диплексеры на диэлектрических резонаторах с многозвенными полосно-пропускающими фильтрами с параметрами: полосы пропускания первого и второго фильтров ~1...3%, с потерями в полосе не хуже 1,5...2 дБ, при уровене затухания в полосе частот соседнего канала более - 80 дБ, предназначенные для трактов с мощностью до 100 Вт.