ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
PASS-BAND FILTER

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для создания полосно-пропускающих фильтров на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов преимущественно в сантиметровом диапазоне длин волн.
Известна конструкция попоено-пропускающего фильтра, содержащего n-секций, где n - число резонансных звеньев, выполненных в виде полых металлических цилиндров, снабженных резьбами, расположенными на концах, соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и (n-2) открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых с помощью держателя установлен в полом металлическом цилиндре секции, оконечные секции экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из оконечных секций экрана установлен элемент связи, например петлевой, к одному из концов элемента связи присоединен центральный проводник коаксиального разъема, плоские поверхности дисковых диэлектрических резонаторов размещены в полых металлических цилиндрах секций параллельно продольной оси полых металлических цилиндров, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде диэлектрических втулок, снабженных внутренним отверстием, соосным с соосным отверстием открытых дисковых диэлектрических резонаторов, в отверстиях размещен дополнительно введенный винт, один конец каждого из которых прикреплен к цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра, а на другом размещены дополнительно введенные диэлектрическая шайба и гайка (см. Диэлектрические резонаторы. / Под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.250, рис.10.12).
Однако такие фильтры при высоком теплоотводе характеризуются низкой эффективной собственной добротностью резонансных звеньев, а следовательно, недостаточно высокими электрическими характеристиками.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, на концах которого установлены присоединители, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с держателями, где n - целое число больше или равное единице, установленные в полом металлическом экране, и плоские поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов расположены параллельно продольной оси металлического экрана, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде цилиндрической втулки с осью, установленной перпендикулярно продольной оси металлического экрана, а каждый открытый дисковый диэлектрический резонатор закреплен, например, клеем к торцу цилиндрической втулки (см. Диэлектрические резонаторы. / Под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.224, рис.10.2, е).
Однако такие полосно-пропускающие фильтры при высокой эффективной собственной добротности резонансных звеньев и, соответственно, избирательности обладают плохим теплоотводом мощности от диэлектрических резонаторов, т.е. не пригодны к применению в трактах с высоким уровнем мощности.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение теплоотвода от открытых дисковых диэлектрических резонаторов при сохранении высокой эффективной собственной добротности резонансных звеньев фильтра и, следовательно, высоких электрических характеристик фильтра.
2
2
1
2
1
1
Решение этой задачи достигается тем, что известный полосно-пропускающий фильтр, содержащий полый металлический экран, на концах которого установлены присоединители, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с держателями, где целое число n≥1, установленные в полом металлическом экране, и плоские поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов расположены параллельно продольной оси металлического экрана, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде трех металлических штырей одинаковой длины, продольные оси которых параллельны оси открытого дискового диэлектрического резонатора, а торцы, обращенные к центральной оси полого металлического экрана, расположены в плоскости параллельной плоской поверхности открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых закреплен, например, клеем к торцам металлических штырей, которые равномерно расположены по периметру окружности с диаметром d, соосной с открытым дисковым диэлектрическим резонатором, диаметр d выбран из условия 0,55d≤d≤0,65d, где d диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, причем противоположные торцы металлических штырей присоединены, например, пайкой к внутренней поверхности полого металлического экрана.
3
1
3
1
1
Кроме того, в полосно-пропускающем фильтре в каждом металлическом штыре торцы могут быть выполнены в виде круга с диаметром d, который выбран из условия 0,22d≤d≤0,23d, где d - диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора.
4
1
4
1
5
1
5
1
1
1
Дополнительно, в полосно-пропускающем фильтре в каждом металлическом штыре торцы могут быть выполнены в виде сектора кольца, внутренний диаметр которого d выбран в диапазоне 0,42d≤d≤0,45d, а внешний диаметр d сектора кольца выбран в диапазоне 0,85d≤d≤0,89d, где d диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, при этом площадь S каждого сектора кольца выбрана в пределах от 0,04 до 0,05 площади S плоской поверхности открытого дискового диэлектрического резонатора.
Кроме того, в полосно-пропускающем фильтре границы секторов колец торцов металлических штырей могут быть образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца.
Дополнительно, в полосно-пропускающем фильтре границы секторов колец торцов металлических штырей могут быть образованы криволинейными отрезками между внутренней и внешней окружностями колец.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез полосно-пропускающего фильтра, на фиг.2 показан фрагмент этого фильтра в изометрии, на фиг. 3 изображен вид торцевой поверхности металлического штыря в виде круга, на фиг.4 показан вид торцевой поверхности металлического штыря в виде сектора, когда границы сектора образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца, на фиг.5 представлен вид торцевой поверхности в виде сектора, когда границы сектора образованы криволинейными отрезками между внутренней и внешней окружностями кольца.
Полосно-пропускающий фильтр содержит полый металлический экран 1, на концах которого установлены присоединители 2 к трактам подводящих линий, n открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3, где целое число n≥1, держатели в виде металлических штырей 4, прикрепленные, например, пайкой одними из торцевых поверхностей к внутренней поверхности 5 полого металлического экрана 1. На противоположных торцевых поверхностях каждых трех из металлических штырей одинаковой длины закреплены, например, клеем, плоской поверхностью дисковые диэлектрические резонаторы 3.
Металлические штыри 4 присоединены к внутренней поверхности 5 полого металлического экрана 1, например, пайкой или сваркой.
Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.
2
2
1
2
1
1
После подключения присоединителей 2 в цепь с распространяющейся СВЧ-волной крайние открытые дисковые диэлектрические резонаторы 3 обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр-линия передачи. Полый металлический экран 1, запредельный в рабочей полосе частот фильтра, исключает внеполосную передачу энергии между входом и выходом и обеспечивает электромагнитную связь открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 между собой. Выполнение держателей каждого открытого дискового диэлектрического резонатора 3 в виде трех металлических штырей 4 и крепление открытого дискового диэлектрического резонатора 3 к ним, а металлических штырей 4 - к внутренней поверхности 5 полого металлического экрана 1 обеспечивает необходимый теплоотвод от резонаторов 3 на стенки экрана 1. Расположение продольных осей металлических штырей 4 параллельно оси открытого дискового диэлектрического резонатора 3 при равномерном расположении металлических штырей 4 по периметру окружности с диаметром d соосной с открытым дисковым диэлектрическим резонатором, если диаметр d выбрано из условия 0,55d≤d≤0,65d, где d - диаметр торца открытого дискового диэлектрического резонатора, позволяет сохранить высокую (примерно равную 80% от величины собственной добротности открытого дискового диэлектрического резонатора 3) эффективную собственную добротность резонансного звена и фильтра в целом. Такое сочетание высокой добротности резонансного звена фильтра и высокого теплоотвода от него позволяет достичь высокой избирательности фильтра в трактах повышенной мощности.
Это определяет возможность применения полосно-пропускающего фильтра на диэлектрических резонаторах, планарно размещенных в полости запредельного экрана в трактах высокого (до 60 Вт) уровня мощности.
Число n открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3 определяет число резонансных звеньев фильтра, формирующих его частотную характеристику. Сверху число n ограничено допустимым значением ослабления полезного сигнала в полосе пропускания фильтра. Обычно число резонансных звеньев фильтров на диэлектрических резонаторах не превышает 11, т.е. лежит в пределах от 1 до 11. Общее число металлических штырей 4 равно утроенному числу открытых дисковых диэлектрических резонаторов 3.
3
1
3
1
1
Экспериментально установлено, что лучшими параметрами обладают полосно-пропускающие фильтры, у которых в каждом металлическом штыре 4 торцы выполнены в виде круга с диаметром d, который выбран из условия 0,22d≤d≤0,23d от диаметра d торца открытого дискового диэлектрического резонатора 3.
4
1
4
1
5
1
5
1
1
Эксперимент показал, что при выполнении поперечного сечения торца каждого металлического штыря 4 в виде сектора кольца, внутренний диаметр которого d выбран в диапазоне 0,42d≤d≤0,45d, а внешний диаметр d сектора кольца выбран в диапазоне 0,85d≤d≤0,89d диаметра диэлектрического резонатора 3, при этом площадь S каждого сектора кольца выбрана в пределах от 0,04 до 0,05 площади S плоской поверхности открытого дискового диэлектрического резонатора 3, еще значительней улучшаются характеристики полосно-пропускающего фильтра.
Если в полосно-пропускающем фильтре границы секторов колец торцов металлических штырей 4 образованы отрезками прямых, направленными по радиусу окружностей кольца, то это также улучшает характеристики полосно-пропускающего фильтра.
Согласно проведенному эксперименту самые хорошие характеристики в полосно-пропускающем фильтре достигаются, если границы секторов колец торцов металлических штырей 4 образованы криволинейными отрезками (например, отрезки окружностей) между внутренней и внешней окружностями колец.
Использование изобретения позволило создать в диапазоне частот 10-15 ГГц семизвенные полосно-пропускающие фильтры с открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами (полоса пропускания ~1,5%, потери в полосе не хуже 1 дБ), предназначенные для работы в трактах с уровнем мощности до 60 Вт.