СВЧ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к технике СВЧ и предназначена для использования преимущественно в сантиметровом диапазоне волн.
Известны конструкции монолитных керамических фильтров (МКФ), состоящих из металлизированного высокодобротного керамического блока, в котором сформированы два или более резонатора, расположенные соосно элементы входа и выхода фильтра, возбуждение в которых осуществляется с помощью поперечных отрезков копланарных линий. В зависимости от граничных условий на торцах этих конструкций у МКФ могут быть различные формы характеристик, но, в любом случае, это узкополосные фильтры.
Обычно расширение полосы пропускания МКФ осуществляют увеличением числа резонаторов в фильтре, но это приводит к увеличению габаритных размеров фильтра и увеличению потерь.
Известен монолитный керамический фильтр (патент US 4,879,533 7.11.1989), содержащий блок, выполненный из диэлектрического материала в виде прямоугольного параллелепипеда, на пяти из шести граней которого расположен внешний слой металлизации, имеющего между шестой гранью блока и противоположной ей гранью отверстия в количестве, соответствующем числу звеньев фильтра. Внутренний слой металлизации расположен на боковых поверхностях отверстий и присоединен к внешнему слою металлизации. На шестой грани блока над отверстиями выполнены проводящие площадки, соединенные с внутренним слоем металлизации. Проводящие площадки разделяются между собой и отделяются от внешнего слоя металлизации диэлектрическими промежутками. На шестой грани блока выполнены контактные проводники, отделенные от проводящих площадок и от внешнего слоя металлизации диэлектрическими промежутками. Не смотря на то, что описанный фильтр содержит семь резонаторов, он имеет недостаточно широкую полосу пропускания, а большие габаритные размеры приводят к значительному увеличению потерь в полосе пропускания.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция МКФ (патент RU 2248074 С1, 19.09.2003). В данном патенте в качестве технического решения использована диэлектрическая прорезь на одной из токопроводящих площадок. Использование прорези в данной конструкции эквивалентно увеличению числа резонаторных звеньев в фильтре без увеличения габаритов фильтра. Но это техническое
решение позволяет увеличить подавление сигналов на фиксированной частоте вне полосы пропускания фильтра, не решая задачу расширения полосы пропускания, фильтр остается узкополосным.
Технической задачей полезной модели является расширение полосы пропускания, на заданных частотах без увеличения потерь в полосе пропускания при сохранении габаритных размеров фильтра.
Для решения этой задачи предлагается конструкция МКФ, состоящая из металлизированного высокодобротного керамического блока в виде прямоугольного параллелепипеда с выполненным в нем отверстиями резонаторов, количество которых соответствует числу звеньев фильтра, в котором элементы входа и выхода расположены соосно, на пяти из шести граней которого, включая внутренние поверхности отверстий резонаторов, выполнен слой металлизации, и отличающаяся от рассматриваемых конструкций выполнением на нижней грани фильтра металлизированного паза прямоугольной формы между резонаторами для ослабления электромагнитной связи между ними и нагрузки в виде короткозамкнутых отрезков полосковых линий и реализацией на верхней грани емкости связи между входом и выходом, регулируемой с помощью подстроечных элементов.
Монолитный керамический фильтр состоит из металлизированного высокодобротного керамического блока, в котором сформированы два или более резонатора. Фильтр на нижней грани имеет нагрузку в виде короткозамкнутых отрезков полосковых линии, а на верхней грани реализована емкость связи между входом и выходом, регулируемая с помощью подстроечных элементов. Элементы входа и выхода фильтра расположены соосно, возбуждение фильтра осуществляется с помощью поперечных отрезков копланарных линий. Для ослабления электромагнитной связи между резонаторами в конструкции фильтра на нижней грани между ними выполнен паз прямоугольной формы. В результате применения данных технических решений полоса пропускания МКФ расширяется без увеличения потерь в ней.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлен МКФ, на фиг.2 показана амплитудно-частотная характеристика фильтра с центральной частотой 5,5 ГГц. Следует отметить, что, несмотря на то, что полезная модель проиллюстрирована монолитным керамическим фильтром, имеющим два резонатора, количество резонаторов может быть увеличено. Число резонаторов ограничивается допускаемыми потерями фильтра.
Фильтр представляет собой монолитный керамический блок 1, выполненный из металлизированного высокодобротного диэлектрического материала в виде прямоугольного параллелепипеда, на гранях которого, кроме верхней грани 3, расположен внешний слой металлизации 2. В блоке 1 между верхней гранью 3 и гранью, противоположной ей, выполнены два отверстия 4. На боковых поверхностях отверстий 4 расположен внутренний слой металлизации 5, соединенный с внешним слоем металлизации 2. На верхней грани 3 рядом с отверстиями 4 расположены две проводящие площадки 6, соединенные с внутренним слоем металлизации 5. Проводящие площадки разделены между собой и отделены от внешнего слоя металлизации 2 диэлектрическим промежутком 7. Контактные проводники 8 размещены на торцевых гранях с переходом на боковую грань блока 1 и отделены от внешней металлизации 2 диэлектрическими промежутками 9. На нижней грани монолитного керамического блока 1 между отверстиями резонаторов 4 расположен сквозной паз 10 прямоугольной формы.
Монолитный керамический фильтр работает следующим образом.
После поступления СВЧ сигнала на контактные проводники 8 осуществляется эффективный ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи.
Фильтр формируют резонаторы, число которых определяется видом требуемой частотной характеристики. Резонаторы образованы отверстиями 4 в диэлектрическом блоке 1, внутренним слоем металлизации 5 на поверхности отверстий 4, а так же проводящими площадками 6 на верхней грани 3 блока 1. За счет электромагнитной связи между резонаторами фильтра электромагнитная энергия эффективно передается с входа фильтра на его выход только в полосе частот вблизи центральной частоты, чем определяется избирательность фильтра.
Наличие сквозного паза 10 ослабляет электромагнитную связь между резонаторами и, соответственно, расширяет полосу пропускания. Ширина и глубина паза 10 определяется расчетно-экспериментальным путем и зависит от значения центральной частоты полосы пропускания. Ширина полосы пропускания дополнительно увеличивается за счет регулировки емкости связи между входом и выходом с помощью подстроечных элементов - проводящих площадок 6.