RU2602695C1

RU2602695C1 - Band-stop filter

Info

Publication number: RU2602695C1
Application number: RU2015123539/28A
Authority: RU
Inventors: Леонард Валентинович Алексейчик; Николай Васильевич Павлов; Сергей Анатольевич Разин; Владимир Макарович Рожков; Вадим Владимирович Холмогоров
Original assignee: Леонард Валентинович Алексейчик; Николай Васильевич Павлов; Сергей Анатольевич Разин; Владимир Макарович Рожков; Вадим Владимирович Холмогоров
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-11-20

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and specifically to microwave engineering, and is intended for creation of band-stop filters based on dielectric resonators mainly in decimeter wavelength range. Distinctive feature of the invention is that the band-stop filter is equipped with hollow cylindrical sections arranged alternatively on opposite sides relative to the transmission line through the distance of one quarter wave (λ/4). In each hollow cylindrical section there is a disc dielectric resonator (DDR), fixed between the main and an extra dielectric supports, in the extra support there is a hole, in which there is a screw of adjustment. Transmission line made in the form of a coaxial line is equipped with conductors of loops connected to its inner conductor, and each of the loops conductors is extended inside the cavity of the cylindrical section in the form of a coupling loop, the end of which is fixed, for example, by soldering on the wall of the cylindrical section. Coupling loop is made from a conductor in the form of a "butterfly tail", which concave side faces the DDR, and the length of the conductor of the concave side is 0.25-0.3 of the DDR diameter. DDR 3 are configured in the stop band for different resonance frequencies, and the ratio of thicknesses of the DDR and dielectric supports 4, 5 is selected within

, where ε_p<<ε_p are dielectric permeability, and H_s, H_r are thickness of supports 4, 5, and DDR 3 respectively.

EFFECT: technical result is reduced electric length higher selectivity and improved stability of electric characteristics of the high power filter.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике СВЧ и предназначено для создания полосно-заграждающих фильтров повышенной мощности на основе диэлектрических резонаторов (ДР) преимущественно в дециметровом диапазоне длин волн. Техническими результатами являются уменьшение электрической длины, повышение избирательности и улучшение стабильности электрических характеристик фильтра повышенной мощности при воздействии дестабилизирующих факторов.The invention relates to radio engineering, in particular to microwave technology, and is intended to create high-power bandpass filters based on dielectric resonators (DR) mainly in the decimeter wavelength range. The technical results are a decrease in electric length, an increase in selectivity and an improvement in the stability of the electrical characteristics of an increased power filter under the influence of destabilizing factors.

Полосно-заграждающий фильтр содержит линию передачи 1, ограниченную с обоих концов переходами 2, служащими для подсоединения к тракту, n-дисковых диэлектрических резонаторов (ДР) 3, установленных на основной и дополнительно введенной цилиндрических диэлектрических подставках 4, 5, скрепленных, например, клеем по соприкасающимся торцевым поверхностям с дисковыми ДР 3, каждый из которых установлен осесимметрично в полости цилиндрической металлической секции 6, ограниченной с одной стороны пластиной основания 7, в которой выполнен кольцевой выступ 8, служащий для установки диэлектрической подставки 4, при креплении ее, например, клеем к пластине основания 7, а с другой стороны ограниченной металлической крышкой 9, снабженной кольцевым выступом 10 и пружинной шайбой 11, служащими для механического крепления дополнительной диэлектрической подставки 5, дискового ДР 3 и диэлектрической подставки 4, в полости цилиндрической металлической секции 6, в дополнительной диэлектрической подставке 5 выполнено центральное отверстие 12, в котором установлен винт частотной настройки 13, закрепленный одним концом на металлической крышке 9 с возможностью осевого перемещения в центральном отверстии 12, а линия передачи 1, выполненная, например, в виде коаксиальной линии 14, снабжена проводниками шлейфов 15, подключенными к внутреннему проводнику 16 линии передачи 1 через расстояния в одну четверть длины волны, и размещенными поочередно в противоположных направлениях относительно линии передачи 1, при этом каждый из проводников шлейфов 15 через проходное отверстие 17, выполненное во внешнем проводнике 14 линии передачи 1 и в стенке 18 цилиндрической секции 6, продлен внутрь полости цилиндрической секции 6 в виде петли связи 19, конец которой закреплен, например, пайкой на внутренней стенке цилиндрической секции 6, каждая петля связи выполнена из проводника в форме "бабочки", обращенного вогнутой стороной к цилиндрической поверхности дискового ДР, так что длина проводника вогнутой стороны выбрана в пределах 0,25-0,3 диаметра дискового ДР, а резонансные частоты дисковых ДР 3, установленных осесимметрично в цилиндрических металлических секциях 6, выбраны разными в полосе частот заграждения.The band-stop filter contains a transmission line 1, bounded at both ends by transitions 2, used to connect to the path, n-disk dielectric resonators (DR) 3 mounted on the main and additionally introduced cylindrical dielectric supports 4, 5, fastened, for example, with glue along contacting end surfaces with disk DR 3, each of which is mounted axisymmetrically in the cavity of a cylindrical metal section 6, bounded on one side by a base plate 7, in which an annular The protrusion 8, which is used to install the dielectric stand 4, when it is fixed, for example, with glue to the base plate 7, and on the other hand is limited by a metal cover 9 provided with an annular protrusion 10 and a spring washer 11, which serve for mechanical fastening of the additional dielectric stand 5, disk DR 3 and dielectric stand 4, in the cavity of the cylindrical metal section 6, in the additional dielectric stand 5 there is a central hole 12 in which the frequency adjustment screw 13 is installed, is fixed one end on the metal cover 9 with the possibility of axial movement in the Central hole 12, and the transmission line 1, made, for example, in the form of a coaxial line 14, is equipped with conductors of loops 15 connected to the inner conductor 16 of the transmission line 1 over distances of one quarter of the length waves, and placed alternately in opposite directions relative to the transmission line 1, with each of the conductors of the loops 15 through the passage hole 17 made in the outer conductor 14 of the transmission line 1 and in the cylinder wall 18 section 6, extended into the cavity of the cylindrical section 6 in the form of a communication loop 19, the end of which is fixed, for example, by soldering on the inner wall of the cylindrical section 6, each communication loop is made of a conductor in the shape of a "butterfly", facing the concave side to the cylindrical surface of the disk DR so that the length of the conductor of the concave side is selected within 0.25-0.3 of the diameter of the disk DR, and the resonant frequencies of the disk DR 3 installed axisymmetrically in the cylindrical metal sections 6 are chosen different in the frequency band of the barriers Nia.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлен вид полосно-заграждающего фильтра, на Фиг. 2 показан вид коаксиальной линии с подключенными к ее внутреннему проводнику шлейфами и приведена эквивалентная схема замещения полосно-заграждающего фильтра, на которой включение каждого резонансного контура (звена с ДР) в коаксиальную линию представлено через идеальный трансформатор. На Фиг. 3 показаны поперечный разрез цилиндрической металлической секции с дисковым ДР и основной и дополнительной диэлектрическими подставками, металлическая крышка с кольцевым выступом и винтом частотной перестройки, закрепленным на металлической крышке (вид Α-A), а также цилиндрическая секция со снятой металлической крышкой (вид В-В). The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a view of a band-stop filter, FIG. Figure 2 shows a view of a coaxial line with loops connected to its internal conductor and shows an equivalent circuit of a band-stop filter, in which the inclusion of each resonance circuit (link with DR) in a coaxial line is presented through an ideal transformer. In FIG. Figure 3 shows a cross-section of a cylindrical metal section with a disk DR and main and additional dielectric supports, a metal cover with an annular protrusion and a frequency-adjustment screw mounted on a metal cover (view Α-A), as well as a cylindrical section with a removed metal cover (view B- AT).

Изобретение относится к технике СВЧ, включая средства связи и навигации, и предназначено для создания полосно-заграждающих фильтров повышенной мощности на диэлектрических резонаторах преимущественно в дециметровом диапазоне длин волн,The invention relates to microwave technology, including communications and navigation, and is intended to create a band-stop filters of high power on dielectric resonators mainly in the decimeter wavelength range,

Известны конструкции полосно-заграждающих фильтров, предназначенные для фильтрации СВЧ сигналов волноводных трактов, в частности для подавления сигналов нежелательных частот. Известна конструкция волноводного полосно-заграждающего фильтра, содержащего n-секций, где n - число резонансных звеньев, установленных вдоль волновода на расстоянии ¾λ, где λ - длина волны фильтра, каждое из которых выполнено в виде прямоугольного металлического экрана, установленного на стенке волновода, в которой выполнено отверстие, в котором адаптивно смонтирован диэлектрический резонатор (ДР), при этом большая часть ДР находится вне волновода, а оставшаяся часть ДР выступает внутрь волновода. Благодаря указанному соотношению частей ДР внутри и вне волновода достигается требуемая величина параметра связи ДР с волноводом (см. Патент США №4124830, НКИ 333-73W, заявл. 27.09.77, опубл. 07.11.78 / Ren С-L. Wavequide filter, employing dielectric resonators, а также Диэлектрические резонаторы. / Под ред. Профессора М.Е. Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, с. 228, рис. 10.3г).Known designs of band-stop filters designed to filter microwave signals of waveguide paths, in particular to suppress signals of undesirable frequencies. A known design of a waveguide band-stop filter containing n-sections, where n is the number of resonant links installed along the waveguide at a distance ¾λ, where λ is the filter wavelength, each of which is made in the form of a rectangular metal screen mounted on the waveguide wall, which has a hole in which a dielectric resonator (DR) is adaptively mounted, with most of the DR located outside the waveguide, and the remaining part of the DR protrudes into the waveguide. Due to the indicated ratio of the parts of the DR inside and outside the waveguide, the required value of the coupling parameter of the DR with the waveguide is achieved (see US Patent No. 4124830, NKI 333-73W, application. 27.09.77, publ. 07.11.78 / Ren С-L. Wavequide filter, employing dielectric resonators, as well as Dielectric resonators./ Ed. by Professor M.E. Ilchenko. - M.: Radio and communications, 1989, p. 228, Fig. 10.3g).

"Выполнение расстояния между вводимыми в линию передачи резонаторами должно быть кратно нечетному числу четвертей длины волны λ в линии передачи и обычно равно 3λ/4. Размещать диэлектрические резонаторы в одну четверть длины волны не целесообразно, так как при этом происходит взаимодействие их внешних местных полей между собой. Это приводит к появлению в полосе запирания пиков затухания (по числу ДР) и провалов между ними с низким затуханием, т.е. проявляется эффект пересвязи контуров" /см. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. Ю.М. Безбородов, Т.Н. Нарытник, В.Б. Федоров. - К.: Техника, 1989, с. 136. Поэтому для уменьшения взаимного влияния ДР по местным волнам в известных конструкциях ПЗФ на диэлектрических резонаторах последние располагаются на расстояниях 3λ/4 между резонаторами, что ведет к существенному увеличению электрической длины полосно-заграждающего фильтра. Для дециметрового диапазона длин волн такой фильтр имеет неприемлемо большое значение электрической длины. К недостатку известного технического решения следует также отнести вносимое в волновод существенное возмущение, обусловленное отверстием связи, что приводит к ухудшению частотных характеристик избирательности полосно-заграждающего фильтра. Уменьшение эффективной добротности ДР обусловлено непосредственной близостью металлических стенок отверстия, в котором установлен образец ДР, что приводит к снижению электрической прочности в области отверстия с образцом ДР, т.е. ограничивает уровень допустимой мощности фильтра."The distance between the resonators introduced into the transmission line must be a multiple of an odd number of quarters of the wavelength λ in the transmission line and usually equal to 3λ / 4. It is not advisable to place the dielectric resonators in one quarter of the wavelength, since this causes the interaction of their external local fields between This leads to the appearance in the locking band of the attenuation peaks (in terms of the number of DRs) and dips between them with low attenuation, i.e., the effect of loop reconnection "/ cm appears. Microwave filters on dielectric resonators. Yu.M. Bezborodov, T.N. Narytnik, V.B. Fedorov. - K .: Technique, 1989, p. 136. Therefore, to reduce the mutual influence of DRs by local waves in known PZF designs on dielectric resonators, the latter are located at 3λ / 4 distances between the resonators, which leads to a significant increase in the electric length of the band-stop filter. For the decimeter wavelength range, such a filter has an unacceptably large value of the electric length. A disadvantage of the known technical solution should also include significant disturbance introduced into the waveguide due to the communication hole, which leads to a deterioration in the frequency characteristics of the selectivity of the band-stop filter. The decrease in the effective Q factor of the DR is due to the close proximity of the metal walls of the hole in which the DR sample is installed, which leads to a decrease in the electric strength in the region of the hole with the DR sample, i.e. limits the power level of the filter.

Известна конструкция полосно-заграждающего фильтра, реализованного с помощью коаксиальных резонаторов (КР), служащая для фильтрации сигналов в базовых станциях мобильных сетей связи. КР и канал располагаются параллельно и имеют электромагнитную связь друг с другом. Собственные частоты каждого КР отличаются друг от друга. Резонаторы (R1, R2, R3) имеют один проводящий корпус, внутреннее пространство которого разделено на полости посредством проводящих перегородок. Центральный проводник предающего канала расположен внутри резонатора так, что он проходит через все полости резонаторов. Корпус функционирует как внешний проводник канала передачи. Когда электромагнитное поле такой же частоты, что и собственные частоты резонаторов, возникает в канале передачи, резонатор в ответ начинает резонировать, что приводит к обратному отражению электромагнитного поля. Интенсивность и ширина резонанса в диапазоне устанавливаются посредством подбора расстояния между внутренним проводником резонатора и центральным проводником передающего канала /см. Патент US WO 2005109565 A1, заявлен 29.04.2005. Полосно-заградительный фильтр, Puoskari J., Ala-Kojola Y., a также Изобретения стран мира, РЖ, тем. Выпуск 106. Волноводы, резонаторы, антенны/. Однако собственная добротность КР-коаксиального резонатора существенно (более чем на порядок величин) уступает аналогичному значению для диэлектрического резонатора (ДР) одного и того же диапазона частот, поэтому фильтр на КР значительно уступает по избирательности фильтру на ДР и имеет относительно большие габариты (так как только собственная электрическая длина КР составляет примерно λ/4). Кроме того, снижается электрическая прочность КР (в области холостого хода (XX) конца внутреннего проводника КР), что ограничивает уровень допустимой мощности известного фильтра.A known design of a band-stop filter implemented using coaxial resonators (RC), which is used to filter signals in base stations of mobile communication networks. KP and the channel are located in parallel and have electromagnetic coupling with each other. The natural frequencies of each Raman differ from each other. Resonators (R1, R2, R3) have one conductive housing, the inner space of which is divided into cavities by means of conductive partitions. The central conductor of the transmitting channel is located inside the resonator so that it passes through all the cavities of the resonators. The housing functions as an external conductor of the transmission channel. When an electromagnetic field of the same frequency as the eigenfrequencies of the resonators occurs in the transmission channel, the resonator in response begins to resonate, which leads to the back reflection of the electromagnetic field. The intensity and width of the resonance in the range are set by selecting the distance between the inner conductor of the resonator and the central conductor of the transmitting channel / cm. US patent WO 2005109565 A1, filed April 29, 2005. Barrier filter, Puoskari J., Ala-Kojola Y., as well as Inventions of the world, RJ, Issue 106. Waveguides, resonators, antennas. However, the intrinsic Q-factor of a Raman-coaxial resonator is significantly (more than an order of magnitude) inferior to the same value for a dielectric resonator (DR) of the same frequency range, therefore, the Raman filter is significantly inferior in selectivity to the Raman filter and has relatively large dimensions (since only the intrinsic electric length of the Raman is approximately λ / 4). In addition, the electric strength of the RC decreases (in the idle (XX) region of the end of the internal conductor of the RC), which limits the level of allowable power of the known filter.

Известна конструкция полосно-заграждающего фильтра, содержащего металлический экран, в котором выполнены коаксиальная линия, ограниченная переходами, служащими для подсоединения к тракту, и n-полых металлических секций, разделенных металлическими перегородками, в каждой из которых установлен дисковый диэлектрический резонатор, закрепленный на диэлектрической подставке так, что дисковый ДР непосредственно электромагнитным полем связан с внутренним проводником коаксиальной линии, а электрическое расстояние между соседними дисковыми ДР составляет ¾λ, где λ - длина волны фильтра (см. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. Ю.М. Безбородов, Т.Н. Нарытник, В.Б. Федоров. - К.: Техника, 1989, - 184 с., с. 76, рис. 3-16).A known design of a band-stop filter containing a metal screen, in which a coaxial line is made, limited by transitions used to connect to the path, and n-hollow metal sections separated by metal partitions, each of which has a disk dielectric resonator mounted on a dielectric stand so that the disk DR is directly connected by an electromagnetic field to the internal conductor of the coaxial line, and the electric distance between adjacent disk The DR is ¾λ, where λ is the filter wavelength (see Microwave filters on dielectric resonators. Yu.M. Bezborodov, TN Narytnik, VB Fedorov. - K .: Tekhnika, 1989, - 184 pp., p. 76, fig. 3-16).

Однако такой фильтр имеет неприемлемо большое значение электрической длины для дециметрового диапазона длин волн, в нем имеет место снижение эффективной добротности ДР, установленного в непосредственной близости к внутреннему проводнику коаксиальной линии, что приводит к снижению избирательности фильтра и ухудшению стабильности его электрических характеристик, а наличие зазора между металлической перегородкой и внутренним проводником ухудшает электрическую прочность и уменьшает величину допустимой мощности фильтра.However, such a filter has an unacceptably large value of the electric length for the decimeter wavelength range, it has a decrease in the effective Q factor of the DR installed in close proximity to the inner conductor of the coaxial line, which leads to a decrease in the selectivity of the filter and a deterioration in the stability of its electrical characteristics, and there is a gap between the metal partition and the inner conductor degrades the electric strength and reduces the value of the allowable filter power.

Известен полосно-заграждающий фильтр в составе диплексера, выполненный в виде коаксиальной линии, на внутреннем проводнике которой осесимметрично установлены диэлектрические шайбы, изготовленные из диэлектрических материалов с отличающимися значениями относительной диэлектрической проницаемости, чередующими между собой по длине коаксиальной линии. Шайбы, имеющие высокие значения диэлектрической проницаемости, установлены на расстояниях в ¾ длины волны и выполняют функции диэлектрических резонаторов, а шайбы с пониженной диэлектрической проницаемостью выполняют функцию изоляции коаксиальной линии /см. Quarter wave dielectric transmission line diplexer for land mobile communication / IEEE MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., June 1979, New-York, pp. 278-280. Однако диэлектрические резонаторы в виде шайбы, установленной на центральном проводнике коаксиальной линии, обладают пониженной собственной добротностью за счет дополнительных потерь в центральном проводнике линии, при этом тип колебаний диэлектрического резонатора (шайбы, имеющей высокое значение диэлектрической проницаемости) не является низшим типом колебаний, что затрудняет настройку фильтра за счет наличия паразитных полос частот заграждения. Электрическая длина такого фильтра для дециметрового диапазона длин волн избыточно большая.Known band-stop filter as part of a diplexer, made in the form of a coaxial line, on the inner conductor of which dielectric washers are made axisymmetrically, made of dielectric materials with different values of relative permittivity alternating along the length of the coaxial line. Washers with high permittivity are installed at distances of ¾ wavelength and serve as dielectric resonators, and washers with reduced permittivity perform the function of isolating the coaxial line / cm. Quarter wave dielectric transmission line diplexer for land mobile communication / IEEE MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., June 1979, New-York, pp. 278-280. However, dielectric resonators in the form of a washer mounted on the central conductor of the coaxial line have a reduced intrinsic Q factor due to additional losses in the center conductor of the line, while the type of oscillation of the dielectric resonator (washer having a high dielectric constant) is not the lowest type of oscillation, which makes it difficult filter tuning due to the presence of spurious frequency bands of the fence. The electrical length of such a filter for the decimeter wavelength range is excessively large.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является полосно-заграждающий фильтр, содержащий экранированную линию передачи, ограниченную переходами для подключения к тракту, в экране которой выполнены полые цилиндрические секции, снабженные винтами частотной перестройки, выполненные с возможностью осевого перемещения, n-дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых установлен осесимметрично в полости цилиндрической секции на цилиндрической диэлектрической подставке и закреплен по соприкасающимся торцевым поверхностям с диэлектрической подставкой, так что каждый диэлектрический резонатор электромагнитно непосредственно связан с внутренним полосковым проводником линии передачи, который имеет локальное уширение проводника полоска в области размещения диэлектрического резонатора, а электрическое расстояние между соседними полыми цилиндрическими секциями, содержащими диэлектрические резонаторы, выбрано равным ¾λ, где λ - длина волны фильтра (см. Microwave dielectric resonator filters utilizing Ba₂ Ti₉ O₂₀ ceramics / J.K. Plourde, D.F. Linn. - MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., 1979, New-York, pp. 290-293, рис. 2). Однако такой фильтр имеет неприемлемо большое значение электрической длины для дециметрового диапазона длин волн и снижение эффективной добротности диэлектрических резонаторов, установленных в полых цилиндрических секциях в непосредственной близости к внутреннему проводнику линии передачи, что приводит к снижению избирательности фильтра и ухудшению стабильности его электрических характеристик. Наличие зазора между цилиндрической секцией, выполненной в металлическом экране, и внутренним проводником ухудшает электрическую прочность и уменьшает величину допустимой мощности фильтра. Вследствие уменьшения значений собственной добротности диэлектрического резонатора и его размещения в непосредственной близи полоскового проводника снижаются избирательность и уровень допустимой непрерывной мощности фильтра.The closest in technical essence to the claimed invention is a band-stop filter containing a shielded transmission line limited by transitions for connecting to the path, the screen of which is made of hollow cylindrical sections equipped with frequency-tuning screws, made with the possibility of axial movement of n-disk dielectric resonators , each of which is mounted axisymmetrically in the cavity of the cylindrical section on a cylindrical dielectric stand and is fixed in contact end surfaces with a dielectric stand, so that each dielectric resonator is directly electromagnetically connected to the inner strip conductor of the transmission line, which has a local broadening of the strip conductor in the region where the dielectric resonator is located, and the electric distance between adjacent hollow cylindrical sections containing dielectric resonators is chosen equal to ¾λ, where λ is the filter wavelength (see Microwave dielectric resonator filters utilizing Ba ₂ Ti ₉ O ₂₀ ceramics / JK Plourde, DF Linn. - MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., 1979, New York, pp. 290-293, Fig. 2). However, such a filter has an unacceptably large value of the electric length for the decimeter wavelength range and a decrease in the effective quality factor of dielectric resonators installed in hollow cylindrical sections in close proximity to the inner conductor of the transmission line, which leads to a decrease in the selectivity of the filter and a deterioration in the stability of its electrical characteristics. The presence of a gap between the cylindrical section made in the metal screen and the inner conductor degrades the electric strength and reduces the value of the allowable filter power. Due to a decrease in the intrinsic Q-factors of the dielectric resonator and its placement in the immediate vicinity of the strip conductor, the selectivity and the level of admissible continuous power of the filter are reduced.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение электрической длины, повышение избирательности и улучшение стабильности электрических характеристик полосно-заграждающего фильтра повышенной мощности. Решение этой задачи достигается тем, что в известном полосно-заграждающим фильтре, содержащем экранированную линию передачи, ограниченную на концах переходами, служащими для подключения к тракту, в экране которой выполнены полые цилиндрические секции, в которых установлены n-дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых установлен осесимметрично на цилиндрической диэлектрической подставке и закреплен с ней по соприкасающимся торцевым поверхностям и снабжен винтом частотной настройки, закрепленным на металлической стенке экрана с возможностью осевого перемещения, полые цилиндрические металлические секции установлены вне экрана линии передачи и размещены поочередно с противоположных сторон относительно линии передачи через расстояние в одну четверть длины волны, при этом каждая цилиндрическая металлическая секция ограничена с одной стороны пластиной основания, в которой выполнен кольцевой выступ, служащий для крепления диэлектрической подставки, например клеем, к пластине основания, а с другой стороны металлической крышкой, снабженной дополнительной диэлектрической подставкой, закрепленной с одной стороны с дисковым диэлектрическим резонатором по их торцевым поверхностям и с другой стороны кольцевым выступом, выполненным на внутренней поверхности металлической крышки и снабженным пружинящей шайбой, контактирующей с металлической крышкой, в дополнительной диэлектрической подставке выполнено центральное отверстие, служащее для введения и осевого перемещения винта частотной настройки, одним концом закрепленного на металлической крышке цилиндрической секции, а экранированная линия передачи, выполненная в виде коаксиальной линии, снабжена проводниками шлейфов, подключенными к ее внутреннему проводнику через расстояние в одну четверть волны (λ/4), при этом каждый из проводников шлейфов через проходное отверстие, выполненное во внешнем проводнике коаксиальной линии и в стенке цилиндрической секции, продлен внутрь полости цилиндрической секции в виде петли связи, конец которой закреплен, например, пайкой на внутренней стенке цилиндрической секции. Кроме того, в полосно-заграждающем фильтре при выполнении равными диаметров дискового диэлектрического резонатора и цилиндрических диэлектрических основной и дополнительной подставок соотношение их толщин выбрано в пределах

, где ε_п<<ε_p - относительные диэлектрические проницаемости, а Н_п, Н_р - толщины подставок и дискового диэлектрического резонатора соответственно, n-дисковых диэлектрических резонаторов настроены на разные резонансные частоты в полосе частот заграждения, а все металлические части конструкции фильтра выполнены из термостабильных сплавов, например инвара. Дополнительно, в полосно-заграждающем фильтре каждая петля связи выполнена из проводника в форме "хвоста бабочки", обращенного вогнутой стороной к цилиндрической поверхности дискового диэлектрического резонатора, а длина проводника вогнутой стороны выбрана в пределах 0,25-0,3 диаметра дискового диэлектрического резонатора.The technical task of the invention is to reduce the electrical length, increase the selectivity and improve the stability of the electrical characteristics of the band-stop filter of high power. The solution to this problem is achieved by the fact that in the known band-stop filter containing a shielded transmission line bounded at the ends by transitions used to connect to the path, the screen of which is made of hollow cylindrical sections in which n-disk dielectric resonators are installed, each of which mounted axisymmetrically on a cylindrical dielectric stand and fixed with it on contacting end surfaces and equipped with a frequency adjustment screw mounted on a metal wall axial displacement of the crane, hollow cylindrical metal sections are installed outside the screen of the transmission line and are placed alternately on opposite sides of the transmission line through a distance of one quarter of the wavelength, with each cylindrical metal section being limited on one side by a base plate in which an annular protrusion is made , which is used to fasten the dielectric stand, for example, with glue, to the base plate, and on the other hand, with a metal cover, equipped additionally a dielectric stand fixed on one side with a disk dielectric resonator along their end surfaces and on the other hand with an annular protrusion made on the inner surface of the metal cover and provided with a spring washer in contact with the metal cover, a central hole is made in the additional dielectric support for introduction and axial movement of the frequency setting screw, one end fixed to the metal cover of the cylindrical section, and shielded the transmission line, made in the form of a coaxial line, is equipped with loop conductors connected to its inner conductor through a quarter wavelength (λ / 4), each of the loop conductors through a passage hole made in the outer conductor of the coaxial line and in the cylindrical wall section extended into the cavity of the cylindrical section in the form of a communication loop, the end of which is fixed, for example, by soldering on the inner wall of the cylindrical section. In addition, in the band-stop filter, when the diameters of the disk dielectric resonator and the cylindrical dielectric main and additional supports are equal, the ratio of their thicknesses is selected within

where ε _p << ε _p are the relative permittivities, and N _p , N _p are the thicknesses of the supports and the disk dielectric resonator, respectively, n-disk dielectric resonators are tuned to different resonant frequencies in the obstacle frequency band, and all metal parts of the filter construction are made from thermostable alloys, for example Invar. Additionally, in the band-stop filter, each communication loop is made of a butterfly tail shaped conductor facing the cylindrical surface of the disk dielectric resonator with its concave side, and the length of the concave side conductor is selected within 0.25-0.3 of the diameter of the disk dielectric resonator.

Полосно-заграждающий фильтр работает следующим образом.The band-stop filter operates as follows.

При подключении переходов фильтра к тракту обеспечивается распространение электромагнитной энергии в рабочей полосе частот тракта при исключении распространения энергии на заданных частотах полосы заграждения фильтра за счет резонансного возбуждения дисковых диэлектрических резонаторов в звеньях полосно-заграждающего фильтра с одно четверть-волновыми связями.When filter transitions are connected to the path, electromagnetic energy propagation in the working frequency band of the path is ensured, with the exception of energy propagation at the given frequencies of the filter obstacle band due to the resonant excitation of disk dielectric resonators in the links of the band-block filter with one quarter-wave coupling.

Благодаря тому, что полые цилиндрические секции установлены вне экранированной линии передачи и размещены поочередно с противоположных сторон относительно линии передачи через расстояние в одну четверть длины волны, достигнуто уменьшение более чем вдвое электрической длины предложенного фильтра по сравнению с известными фильтрами. За счет введения дополнительной диэлектрической подставки образована трехслойная резонансная структура, состоящая из двух диэлектрических подставок и дискового диэлектрического резонатора, в которой достигается более равномерное распределение интенсивности электромагнитного поля вдоль оси симметрии резонансной структуры. Экспериментально подтверждено, что при равных диаметрах дискового диэлектрического резонатора и цилиндрических диэлектрических основной и дополнительной подставок лучшая равномерность интенсивности электромагнитного поля достигается при выполнении условия

, где ε_п<<ε_р - относительные диэлектрические проницаемости, а Н_п, Н_р - толщины основной, дополнительной подставок и диэлектрического резонатора соответственно. Благодаря полученному равномерному распределению интенсивности электромагнитного поля достигается снижение градиента температур в диэлектрических материалах трехслойной резонансной структуры и, следовательно, повышается температурная стабильность частотных характеристик фильтра повышенной мощности. При этом достигается возможность более широкого выбора пределов расстояния между винтом частотной настройки и торцом дискового диэлектрического резонатора, а также между проводником петли связи и дисковым диэлектрическим резонатором, что обеспечивает снижение возможности электрического пробоя при сохранении высокой собственной добротности резонатора. Выполнение условия по выбору размеров дискового диэлектрического резонатора, основной и дополнительной диэлектрических подставок увеличило «емкостной нерезонансный» вклад (см. Параметры и методы анализа диэлектрических резонаторов и колебательных систем на их основе. Л.В. Алексейчик, И.И. Бродуленко, Г. Гаврилюк, В.В. Краюшкин, В.А. Мальцев. - М.: Обзоры по электронной технике, Сер. 1 Электроника СВЧ, 1990, вып. 5 (1525), - 64 с., с. 30 и рис. 8), компенсирующий нежелательный «индуктивный вклад», вносимый петлей связи в искажение частотной характеристики дискового диэлектрического резонатора, что обеспечило увеличение крутизны скатов частотной характеристики полосно-заграждающего фильтра и увеличение развязки с полосой частот пропускания, в которой достигался минимальный уровень вносимых потерь, и следовательно, обеспечивалось улучшение избирательности при повышенном уровне мощности в полосе пропускания фильтра.Due to the fact that the hollow cylindrical sections are installed outside the shielded transmission line and are placed alternately from opposite sides relative to the transmission line through a distance of one quarter of the wavelength, a reduction of more than half the electric length of the proposed filter is achieved in comparison with the known filters. Due to the introduction of an additional dielectric stand, a three-layer resonant structure is formed, consisting of two dielectric supports and a disk dielectric resonator, in which a more uniform distribution of the electromagnetic field intensity along the symmetry axis of the resonance structure is achieved. It is experimentally confirmed that with equal diameters of the disk dielectric resonator and cylindrical dielectric main and additional supports, the best uniformity of the electromagnetic field intensity is achieved when the condition

where ε _p << ε _p - relative permittivities, and N _p , N _p - the thickness of the main, additional supports and dielectric resonator, respectively. Due to the obtained uniform distribution of the intensity of the electromagnetic field, a decrease in the temperature gradient in the dielectric materials of the three-layer resonant structure is achieved and, therefore, the temperature stability of the frequency characteristics of the high-power filter is increased. This makes it possible to more widely choose the distance limits between the frequency tuning screw and the end face of the disk dielectric resonator, as well as between the conductor of the communication loop and the disk dielectric resonator, which reduces the possibility of electrical breakdown while maintaining a high intrinsic quality factor of the resonator. Fulfillment of the condition for choosing the dimensions of the disk dielectric resonator, the main and additional dielectric supports increased the "capacitive nonresonant" contribution (see Parameters and methods for analyzing dielectric resonators and vibrational systems based on them. L.V. Alekseychik, II Brodulenko, G. Gavrilyuk, V.V. Krajushkin, V.A. Maltsev. - M .: Reviews on electronic technology, Ser. 1 Microwave Electronics, 1990, issue 5 (1525), - 64 p., P. 30 and Fig. 8 ) compensating for the undesirable “inductive contribution” introduced by the coupling loop into the distortion of the frequency response d Skov dielectric resonator, provided that the increase in the steepness of the frequency characteristic skates band-stop filter and the increase in junction with a passband of frequencies in which reaches a minimum insertion loss, and hence provides improved selectivity at elevated power level in the passband of the filter.

Кроме того, за счет выбора резонансных частот дисковых диэлектрических резонаторов разными в полосе заграждения достигается уменьшение нежелательного явления "пересвязи" между соседними звеньями фильтра при одно четверть-волновой связи его звеньев (см. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. Ю.М. Безбородов, Т.Н. Нарытник, В.Б. Федоров. - К.: Техника, 1989, с. 136.) Следовательно, в заявленном полосно-заграждающем фильтре достигнуто уменьшение электрической длины полосно-заграждающего фильтра более чем вдвое без ухудшения его частотных характеристик в сравнении с известными фильтрами.In addition, by choosing the resonant frequencies of the disk dielectric resonators different in the obstacle band, the undesirable phenomenon of “reconnection” between adjacent filter links is reduced with one-quarter wave coupling of its links (see. Microwave filters on dielectric resonators. Yu. M. Bezborodov, T .N. Narytnik, VB Fedorov. - K .: Technika, 1989, p. 136.) Therefore, in the claimed band-stop filter, a decrease in the electric length of the band-block filter by more than half was achieved without deterioration of its frequency characteristics line providers compared to known filters.

За счет выполнения проводника петли связи в форме "хвоста бабочки", обращенного вогнутой стороной к цилиндрической поверхности дискового диэлектрического резонатора, так что длина проводника вогнутой стороны выбрана в пределах 0,25-0,35 диаметра дискового диэлектрического резонатора, достигается возможность увеличения зазора между цилиндрической поверхностью дискового диэлектрического резонатора и проводником вогнутой стороны петли связи, что обеспечило уменьшение опасности электрического пробоя в зазоре при сохранении высокой добротности диэлектрического резонатора, т.е. достигнуто обеспечение повышенного уровня мощности полосно-заграждающего фильтра.Due to the implementation of the conductor of the communication loop in the form of a “butterfly tail”, turned the concave side to the cylindrical surface of the disk dielectric resonator, so that the length of the conductor of the concave side is selected within 0.25-0.35 diameter of the disk dielectric resonator, it is possible to increase the gap between the cylindrical the surface of the disk dielectric resonator and the conductor of the concave side of the communication loop, which ensured a reduction in the risk of electrical breakdown in the gap while maintaining high goodness tnosti dielectric resonator, i.e. Achieved an increased level of power bandpass filter.

Сочетание повышенной стабильности размеров конструкции полосно-заграждающего фильтра, металлические части которой выполнены из термостабильных сплавов, например инвара, с обеспечением термокомпенсации за счет вычитания нерезонансных "емкостного" вклада дискового диэлектрического резонатора и цилиндрических диэлектрических подставок и "индуктивного" вклада петли связи достигнуто улучшение термостабильности заявленного полосно-заграждающего фильтра более чем на порядок величин (2×10^-8 на 1°С) по сравнению с термостабильностью известного фильтра (1×10^-6 на 1°С).The combination of increased dimensional stability of the design of a band-stop filter, the metal parts of which are made of thermostable alloys, for example Invar, with thermal compensation by subtracting the non-resonant "capacitive" contribution of the disk dielectric resonator and cylindrical dielectric supports and the "inductive" contribution of the coupling loop, the improved thermal stability of the claimed band-stop filter by more than an order of magnitude (2 × 10 ^-8 to 1 ° C) compared to thermal stability izves Nogo filter (1 × 10 ^-6 to 1 ° C).

Использование изобретения позволило создать в дециметровом диапазоне частот многозвенные (3-5 звеньев) полосно-заграждающие фильтры дециметрового диапазона малой электрической длины на дисковых диэлектрических резонаторах с улучшенными характеристиками избирательности, повышенной стабильностью параметров (полоса частот заграждения ~ 0,02-0,05%, развязка от 20 до 60 дБ; потери в полосе пропускания ~1% менее 0,3 дБ, относительная стабильность частотных характеристик фильтра на уровне 2×10^-8 на 1°С при уровне непрерывной мощности ~200 Вт).The use of the invention made it possible to create multi-link (3-5 links) band-blocking filters of a decimeter range of small electric length on disk dielectric resonators with improved selectivity characteristics, increased parameter stability in the decimeter frequency range (barrier frequency band ~ 0.02-0.05%, isolation from 20 to 60 dB; loss in the passband ~ 1% of less than 0.3 dB, the relative stability of the filter frequency characteristics at the level of 2 × 10 ^-8 per 1 ° С at the level of continuous power ~ 200 W).

На Фиг. 4.a и 4.б приведены примеры частотных характеристик (модуля коэффициентов матрицы рассеяния S₂₁ и S₁₁, фазы S₂₁, КСВН и ГВЗ) трехзвенных полосно-заграждающих фильтров повышенной мощности дециметрового диапазона длин волн, созданных согласно изобретению, в диапазоне температур от 20°С до 60°С, подтверждающие высокую относительную температурную стабильность (2×10^-8 1/С°) частотных характеристик предложенного полосно-заграждающего фильтра. Эксплуатационные характеристики предложенного полосно-заграждающего фильтра удовлетворяли жестким требованиям, предъявляемым к СВЧ изделиям телекоммуникационных и навигационных систем, включая спутниковые системы.In FIG. 4.a and 4.b are examples of frequency characteristics (modulus of the scattering matrix coefficients S ₂₁ and S ₁₁ , phases S ₂₁ , VSWR and GVZ) of three-band bandpass filters of increased power of the decimeter wavelength range created according to the invention, in the temperature range from 20 ° C to 60 ° C, confirming the high relative temperature stability (2 × 10 ^-8 1 / C °) of the frequency characteristics of the proposed band-stop filter. The operational characteristics of the proposed band-stop filter met the stringent requirements for microwave products of telecommunication and navigation systems, including satellite systems.

ЛитератураLiterature

1. Microwave dielectric resonator filters utilizing Ва₂ Ti₉ O₂₀ ceramics / J.K. Plourde, D.F. Linn. - MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., 1979, New-York, pp. 290-293 (прототип).1. Microwave dielectric resonator filters utilizing Ba ₂ Ti ₉ O ₂₀ ceramics / JK Plourde, DF Linn. - MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., 1979, New York, pp. 290-293 (prototype).

2. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. Ю.М. Безбородов, Т.Н. Нарытник, В.Б. Федоров. - К.: Техника, 1989, - 184 с.2. Microwave filters on dielectric resonators. Yu.M. Bezborodov, T.N. Narytnik, V.B. Fedorov. - K .: Technics, 1989, - 184 p.

3. Диэлектрические резонаторы. / Под ред. Профессора М.Е. Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, - 328 с.3. Dielectric resonators. / Ed. Professors M.E. Ilchenko. - M .: Radio and communications, 1989, - 328 p.

4. Quarter wave dielectric transmission line deplexer for land mobile communication / K. Wakino et all. - MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., 1979, New-York, pp. 278-280.4. Quarter wave dielectric transmission line deplexer for land mobile communication / K. Wakino et all. - MTT-S, Int. Microwave Symp. Dig., 1979, New York, pp. 278-280.

5. Расчет линии передачи с диэлектрическими резонаторами при учете ближнего поля / Л.В. Алексейчик, В.М. Геворкян, Ю.А. Казанцев, В.В. Краюшкин. Электронная техника. Сер. 1 Электроника СВЧ, 1979, вып. 8, с. 15-27.5. Calculation of a transmission line with dielectric resonators taking into account the near field / L.V. Alekseychik, V.M. Gevorgyan, Yu.A. Kazantsev, V.V. Krajushkin. Electronic equipment. Ser. 1 Microwave Electronics, 1979, no. 8, p. 15-27.

6. Состояние и перспективы применения миниатюрных диэлектрических резонаторов в радиоэлектронике. Часть 1. Параметры миниатюрных диэлектрических резонаторов на СВЧ и методы их расчета. Л.В. Алексейчик и др. - М.: Обзоры по электронной технике, Сер. 1 Электроника СВЧ, 1981, вып. 13 (832), - 96 с.6. Status and prospects of the use of miniature dielectric resonators in radio electronics. Part 1. Parameters of miniature microwave dielectric resonators and methods for their calculation. L.V. Alekseychik et al. - M.: Reviews on electronic technology, Ser. 1 Microwave Electronics, 1981, no. 13 (832), - 96 s.

7. Параметры и методы анализа диэлектрических резонаторов и колебательных систем на их основе / Л.В. Алексейчик, И.И. Бродуленко, Г. Гаврилюк, В.В. Краюшкин, В.А. Мальцев. - М.: Обзоры по электронной технике, Сер. 1 Электроника СВЧ, 1990, вып. 5 (1525), - 64 с.7. Parameters and methods for the analysis of dielectric resonators and oscillatory systems based on them / L.V. Alekseychik, I.I. Brodulenko, G. Gavrilyuk, V.V. Krajushkin, V.A. Maltsev. - M.: Reviews on electronic technology, Ser. 1 Microwave Electronics, 1990, no. 5 (1525), - 64 s.

8. Маттей Д.А., Янг Л., Джонс Е.М. Фильтры СВЧ, согласующие цепи, цепи связи. Т. 1 Л.-М.: Связь, 1971, - 439 с.; т» М.: Связь, 1972, - 495 с.8. Matthew D.A., Young L., Jones E.M. Microwave filters, matching circuits, communication circuits. T. 1 L.-M.: Communication, 1971, - 439 p .; t "M.: Communication, 1972, - 495 S.

9. Cohu S.В., Torgow E.N. Investigation of microwave dielectric-resonator filters. - Rantec Dir. Emerson Electric Co. Calif., Rept 8 (Final).9. Cohu S.V., Torgow E.N. Investigation of microwave dielectric-resonator filters. - Rantec Dir. Emerson Electric Co. Calif., Rept 8 (Final).

10. Патент WO 2005109565 A1. Полосно-заградительный фильтр. / Puoskari J., Ala-Kojola J., заявл. 29.04.2005.10. Patent WO2005109565 A1. Barrier filter. / Puoskari J., Ala-Kojola J., claimed. 04/29/2005.

11. Патент US 6682252 BA. Многослойный СВЧ резонатор. Cros D., Tobar М.Е., заявл. 21.06.2003.11. Patent US 6682252 BA. Multilayer microwave resonator. Cros D., Tobar M.E. 06/21/2003.

12. Патент JP 2002292191. Диэлектрический резонатор и диэлектрический фильтр. Saton Hiroki and others, заявл. 04.10.2002.12. Patent JP 2002292191. Dielectric resonator and dielectric filter. Saton Hiroki and others, claimed 10/04/2002.

13. Патент JP 3797273 В2 200347803 А. Полосно-заградительный фильтр и устройство связи, заявл. 23.05.2002.13. Patent JP 3797273 B2 200347803 A. Band-pass filter and communication device, decl. 05/23/2002.

14. Патент US 2.924.792 Волноводный фильтр / Gyorgy Е.М.14. Patent US 2.924.792 Waveguide filter / Gyorgy E.M.

15. Патент US 4.124.830 Волноводный фильтр на диэлектрических резонаторах / С. Len.15. Patent US 4.124.830 waveguide filter on dielectric resonators / C. Len.

16. Патент US 4.118.413 Filter Devices Incorporation Dielectric Resonators and Hiakage Cable. T. Nichicawa et all.16. Patent US 4.118.413 Filter Devices Incorporation Dielectric Resonators and Hiakage Cable. T. Nichicawa et all.

Claims

1. A band-stop filter containing a shielded transmission line, bounded at the ends by transitions used to connect to the path, the screen of which is made of hollow cylindrical sections in which n - disk dielectric resonators are installed, each of which is mounted axisymmetrically on a cylindrical dielectric support and fixed with it along contacting end surfaces and equipped with a frequency adjustment screw fixed to the screen wall with the possibility of axial movement, characterized in that The hollow cylindrical sections are mounted outside the transmission line and are placed alternately from its opposite sides through distances of one quarter of the wavelength, with each cylindrical section being bounded on one side by a base plate in which an annular protrusion is made, which serves to install a dielectric stand when attaching it, for example glue to the base plate, and on the other hand a metal cover provided with an additional dielectric stand, fixed on one side with a dielectric resonator on their end surfaces and, on the other hand, with an annular protrusion made on the inner surface of the metal cover and provided with a spring washer, a central hole is made in the additional dielectric stand for introducing and axial movement of the frequency-tuning screw, one end of which is mounted on the metal cover of the cylindrical section, this shielded transmission line, made, for example, in the form of a coaxial line, is equipped with loop conductors connected to the internal wire the transmission line through distances of one quarter of the wavelength, and each of the loop conductors through the passage hole made in the outer conductor of the coaxial line and in the wall of the cylindrical section is extended into the cavity of the cylindrical section in the form of a communication loop, the end of which is fixed, for example, by soldering on the inner wall of the cylindrical section.

2. The band-stop filter according to claim 1, characterized in that for equal diameters of the disk dielectric resonator and cylindrical dielectric main and additional supports, the ratio of their thicknesses is selected within

where ε _p << ε _p are dielectric permittivities, and H _p , H _p are the thicknesses of the additional and main supports and disk dielectric resonator, respectively, n - disk dielectric resonators are tuned to different resonant frequencies in the obstacle band, and all metal parts of the filter construction made of thermostable alloys, such as Invar.

3. The band-stop filter according to claim 1, characterized in that each communication loop is made of a butterfly-shaped conductor with the concave side facing the cylindrical surface of the disk dielectric resonator, and the length of the concave side conductor is selected within 0.25-0 , 3 diameters of a disk dielectric resonator.