RU148202U1

RU148202U1 - SUPER HIGH FREQUENCY FERRITE FILTER

Info

Publication number: RU148202U1
Application number: RU2014112815/08U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иосифович Чуркин; Анатолий Иванович Фирсенков; Владимир Анатольевич Дубовой
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Завод Магнетон"
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2014-11-27

Abstract

1. Сверхвысокочастотный ферритовый фильтр, содержащий немагнитный корпус, расположенный в зазоре между верхней и нижней частями электромагнита, по меньшей мере два сферических монокристаллических ферритовых резонатора, закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях в резонансных камерах немагнитного корпуса, в две из которых через первые каналы в немагнитном корпусе проведены соответственно входной и выходной отрезки линий передачи, центральные проводники которых нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус одинарные витковые элементы связи, охватывающие крайние ферритовые резонаторы, сферические монокристаллические ферритовые резонаторы электромагнитно связаны друг с другом с помощью двойных витковых элементов связи, короткозамкнутых на немагнитный корпус на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы немагнитного корпуса проводниками L < λ /4, где - λ длина волны в рабочем диапазоне перестройки фильтра, на поверхности по меньшей мере одного сферического монокристаллического ферритового резонатора выполнена локальная шероховатость, одинарные и двойные витковые элементы связи попарно ортогонально охватывают сферические монокристаллические ферритовые резонаторы, при этом между противолежащими торцами верхней и нижней частей электромагнита установлена металлическая прокладка толщиной 10-150 мкм, размещенная между крайним сферическим монокристаллическим ферритовым резонатором, имеющим более высокую резонансную частоту, и соответствующим ему отрезком линий передачи.2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере три сферических мо1. Microwave ferrite filter containing a non-magnetic casing located in the gap between the upper and lower parts of the electromagnet, at least two spherical single-crystal ferrite resonators mounted on heat-conducting cermet rods in the resonance chambers of the non-magnetic casing, in two of which through the first channels in the non-magnetic casing input and output segments of transmission lines, the central conductors of which are loaded onto short-circuited non-magnetic casing, respectively, are drawn binary spiral coupling elements, covering extreme ferrite resonators, spherical single-crystal ferrite resonators are electromagnetically coupled to each other by means of double spiral coupling elements, short-circuited to the non-magnetic casing at the free ends and connected by conductors L <λ / 4, passed through the second channels of the non-magnetic casing, where - λ wavelength in the working range of the filter tuning, the locale is made on the surface of at least one spherical single-crystal ferrite resonator roughness, single and double winding coupling elements pairwise orthogonally spherical single-crystal ferrite resonators, while between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet there is a metal strip 10-150 μm thick located between the extreme spherical single-crystal ferrite resonator having a higher resonant frequency and the corresponding segment of transmission lines. 2. The filter according to claim 1, characterized in that it contains at least three spherical mo

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике и сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно, к многорезонаторным электрически перестраиваемых по частоте фильтрам, содержащим в качестве резонаторов намагниченные электромагнитом ферритовые миниатюрные сферические образцы, окруженные витковыми элементами связи (ВЭС).The invention relates to radio electronics and microwave technology, in particular, to multi-resonator filters that are electrically tunable in frequency, containing, as resonators, magnetized magnetized ferrite miniature spherical samples surrounded by coil communication elements (WES).

В известных мноногозвенных полосно-пропускающих СВЧ фильтрах на ферритовых резонаторах (см. Лебедь Б.М., Лаврович В.А., Хохлышев И.О. Ферритовые фильтры и их применение в приборах с магнитной перестройкой частоты. - Обзоры по электронной технике, серия 1, Электроника СВЧ. - ЦНИИ «Электроника», вып. 10, М., 1982, 87 с.) наблюдается увеличение потерь в полосе пропускания при перестройке резонансной частоты на краях широкого рабочего диапазона, охватывающего октаву и более октавы.In the well-known multi-link band-pass microwave filters on ferrite resonators (see Lebed B.M., Lavrovich V.A., Khokhlyshev I.O. Ferrite Filters and Their Application in Magnetic Frequency Tuning Devices. - Reviews in Electronic Engineering, Series 1, Microwave Electronics. - Central Research Institute "Electronics", issue 10, M., 1982, 87 pp.) There is an increase in losses in the passband when tuning the resonant frequency at the edges of a wide operating range, covering an octave and more than an octave.

Известен СВЧ ферритовый фильтр (см. патент US 7557678, МПК H01P 1/218, опубликован 07.07.2009), включающий корпус из немагнитного материала, расположенный в зазоре электромагнита, несколько сферических ферритовых резонаторов (ФР), размещенные в резонансных камерах немагнитного корпуса. Ферритовые резонаторы электромагнитно связаны витковыми элементами связи, расположенными в немагнитном корпусе, концы которых припаяны в заглублениях немагнитного корпуса на массу немагнитного корпуса.A microwave ferrite filter is known (see patent US 7557678, IPC H01P 1/218, published 07/07/2009), including a body of non-magnetic material located in the gap of an electromagnet, several spherical ferrite resonators (FRs) located in the resonant chambers of a non-magnetic body. Ferrite resonators are electromagnetically coupled by turn-on coupling elements located in a non-magnetic body, the ends of which are soldered in the recesses of the non-magnetic body to the mass of the non-magnetic body.

В известном СВЧ ферритовом фильтр обеспечивается точность изготовления витков связи и размещения их в резонансных камерах. Однако, в известном СВЧ фильтре не решена задача уменьшения потерь в широком диапазоне перестройки и работе в широком интервале температур.In the known microwave ferrite filter, the accuracy of the manufacture of communication coils and their placement in resonant chambers is ensured. However, in the known microwave filter, the problem of reducing losses in a wide tuning range and operating in a wide temperature range has not been solved.

Известен СВЧ ферритовый фильтр (см. патент US 4334201, МПК H01P 1/218, опубликован 08.06.1982) содержащий немагнитный корпус, расположенный в зазоре электромагнита, два или более сферических ферритовых резонатора, которые размещены в резонансных камерах немагнитного корпуса. В резонансные камеры через каналы в немагнитным корпусе проведены входной и выходной отрезки линий передачи, центральные проводники которых нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус витковые элементы связи, окружающие сферические ферритовые резонаторы. Сферические монокристаллические ферритовые резонаторы электромагнитно связаны друг с другом с помощью отрезков коаксиальных линий, также содержащих на концах короткозамкнутые ВЭС.Known microwave ferrite filter (see patent US 4334201, IPC H01P 1/218, published 08.06.1982) containing a non-magnetic housing located in the gap of the electromagnet, two or more spherical ferrite resonators that are placed in the resonant chambers of the non-magnetic housing. The input and output segments of transmission lines, the central conductors of which are loaded onto the short-circuited coil elements of communication surrounding the spherical ferrite resonators, are drawn into the resonance chambers through channels in a non-magnetic case. Spherical single-crystal ferrite resonators are electromagnetically coupled to each other using segments of coaxial lines also containing short-circuited wind farms at the ends.

В известном СВЧ ферритовом фильтре возникающие неоднородности СВЧ поля на стыках между витковыми элементами связи и подводящими на входе и выходе линиями передачи компенсируют введением в фильтр дополнительных отрезков линии передачи с волновыми сопротивлениями 50 Ом. Однако этим конструктивным решением исключают не все причины роста потерь в полосе пропускания в широкодиапазонных полосно-пропускающих фильтрах.In the well-known microwave ferrite filter, the arising inhomogeneities of the microwave field at the joints between the coiled communication elements and the transmission lines leading at the input and output are compensated by introducing additional segments of the transmission line with wave impedances of 50 Ohms into the filter. However, this constructive solution does not exclude all the reasons for the increase in losses in the passband in wide-bandpass-pass filters.

Известен СВЧ ферритовый фильтр (см. патент US 45008558, МПК H01P 1/218, опубликован 19.02.1985), содержащий немагнитный корпус, расположенный в зазоре электромагнита, сферический монокристаллический ФР, закрепленный на керамическом стержне в резонансной камере немагнитного корпуса. В резонансную камеру через каналы в немагнитным корпусе проведены входной и выходной отрезки линий передачи, центральные проводники которых нагружены через трансформаторы сопротивления на короткозамкнутые на немагнитный корпус витковые элементы связи, ортогонально охватывающие сферический монокристаллический ФР. Известный СВЧ фильтр может содержать несколько сферических монокристаллических резонаторов, связанных между собой отрезками линий с короткозамкнутыми ВЭС на концах.A microwave ferrite filter is known (see US patent 4,5008,558, IPC H01P 1/218, published 02/19/1985), comprising a non-magnetic housing located in the gap of an electromagnet, a spherical single-crystal FR mounted on a ceramic rod in the resonant chamber of a non-magnetic housing. The input and output segments of transmission lines, the central conductors of which are loaded through resistance transformers to short-circuited coil communication elements orthogonally covering a spherical single-crystal FR, are drawn into the resonant chamber through channels in a non-magnetic case. The known microwave filter may contain several spherical single-crystal resonators, interconnected by line segments with short-circuited wind power at the ends.

Нагрузка центральных проводников входного и выходного отрезков линий передачи на короткозамкнутые на корпус ВЭС через трансформаторы сопротивления позволяет устранить искажение формы резонансных кривых на краях диапазона перестройки, обусловленное лишь различными частотными зависимостями нагруженных добротностей крайних и средних резонаторов. В известном СВЧ ферритовом фильтре имеются интервалы частот, определяемые используемой намагниченностью ФР, в которых полоса пропускания искажается появлением одного или нескольких узких паразитных резонансов. Это обусловлено возбуждением в ФР высших типов колебаний намагниченности (паразитных резонансов), вырожденных (совпадающих) по частоте с однородной прецессией в этих интервалах частот. Причина возбуждения паразитных резонансов заключается как в неоднородности СВЧ поля ВЭС, близко размещенных к ФР, так и в наличии внутренних неоднородностей (дефектов) в ФР. Отмеченное явление является существенным недостатком известного СВЧ ферритового фильтра, так как приводит к сильным искажениям амплитуды, фазы спектральных составляющих сигнала на выходе фильтра.The load of the central conductors of the input and output segments of the transmission lines on the short-circuited wind turbines through the resistance transformers allows to eliminate the distortion of the shape of the resonance curves at the edges of the tuning range due to only different frequency dependences of the loaded Q factors of the extreme and medium resonators. In the known microwave ferrite filter, there are frequency ranges determined by the used magnetization of the RF, in which the passband is distorted by the appearance of one or more narrow spurious resonances. This is due to the excitation in the RF of higher types of magnetization oscillations (spurious resonances), degenerate (coinciding) in frequency with a uniform precession in these frequency ranges. The reason for the excitation of parasitic resonances is both in the heterogeneity of the microwave field of the wind farm close to the RF, and in the presence of internal inhomogeneities (defects) in the RF. The noted phenomenon is a significant drawback of the known microwave ferrite filter, since it leads to severe distortions of the amplitude and phase of the spectral components of the signal at the filter output.

Известен сверхвысокочастотный ферритовый фильтр, совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. патент RU 128785, МПК H01P 1/00, опубликован 27.05.2013), который содержит немагнитный корпус, расположенный в зазоре электромагнита, по меньшей мере два сферических монокристаллических ферритовых резонатора, закрепленных на теплопроводящих керамических стержнях в резонансных камерах немагнитного корпуса. В две резонансные камеры через первые каналы в немагнитном корпусе проведены соответственно входной и выходной отрезки линий передачи. Центральные проводники входного и выходного отрезков линий передачи нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус одинарные витковые элементы связи, охватывающие крайние ферритовые резонаторы. Сферические монокристаллические ферритовые резонаторы электромагнитно связаны друг с другом с помощью двойных витковых элементов связи, короткозамкнутых на немагнитный корпус на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы немагнитного корпуса проводниками длиной L<λ/4, где λ - длина волны в рабочем дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах перестройки СВЧ ферритового фильтра. Одинарные и двойные витковые элементы связи попарно ортогонально охватывают сферические монокристаллические ферритовые резонаторы. На части поверхности одного или нескольких сферических монокристаллических ФР выполнена локальная шероховатость 10-60 мкм.A microwave filter is known that matches the present technical solution for the largest number of essential features and is taken as a prototype (see patent RU 128785, IPC H01P 1/00, published May 27, 2013), which contains a non-magnetic housing located in the gap of the electromagnet, at least at least two spherical single-crystal ferrite resonators mounted on heat-conducting ceramic rods in the resonance chambers of a non-magnetic case. In the two resonance chambers, through the first channels in a non-magnetic case, the input and output segments of the transmission lines are respectively drawn. The central conductors of the input and output segments of the transmission lines are loaded on single-wound single-wound coupling elements enclosing the outermost ferrite resonators. Spherical single-crystal ferrite resonators are electromagnetically coupled to each other using double-wound coupling elements, short-circuited to the non-magnetic case at the free ends and connected by conductors of length L <λ / 4, passed through the second channels of the non-magnetic case, where λ is the wavelength in the working decimeter, centimeter, millimeter tuning ranges of a microwave ferrite filter. Single and double winding coupling elements pairwise orthogonally spherical single-crystal ferrite resonators. A local roughness of 10-60 μm was made on a part of the surface of one or more spherical single-crystal FRs.

В СВЧ ферритовом фильтре-прототипе устраняются или ослабляются паразитные резонансы в полосе пропускания, приводящие к сильным искажениям амплитуды, фазы спектральных составляющих сигнала на выходе фильтра. Однако при работе фильтра-прототипа в широких диапазонах частот (превышающих октаву) и в широких интервалах температур имеет место рост потерь в полосе пропускания, обусловленный несовершенством изготовления и сборки фильтра из-за неизбежного наличия различных производственных допусков. Последние обстоятельства являются в ряде случаев основными причинами ухудшения параметров известных фильтров, выпускаемых для работы в широком диапазоне частот.In the microwave ferrite filter prototype, parasitic resonances in the passband are eliminated or attenuated, leading to severe distortion of the amplitude, phase of the spectral components of the signal at the filter output. However, when the prototype filter operates in wide frequency ranges (exceeding an octave) and in wide temperature ranges, there is an increase in bandwidth losses due to imperfect manufacturing and assembly of the filter due to the inevitable presence of various manufacturing tolerances. Recent circumstances are in some cases the main reasons for the deterioration of the parameters of known filters produced for operation in a wide frequency range.

Задачей настоящей полезной модели является разработка такого сверхвысокочастотного ферритового фильтра, который обеспечивает уменьшение потерь в полосе пропускания в полосно-пропускающих фильтрах при работе в широких диапазонах частот (превышающих октаву) и в широких интервалах температур.The objective of this utility model is to develop such a high-frequency ferrite filter, which provides a reduction in bandwidth losses in band-pass filters when operating in wide frequency ranges (exceeding an octave) and in wide temperature ranges.

Поставленная задача решается тем, что сверхвысокочастотный ферритовый фильтр содержит немагнитный корпус, расположенный в зазоре между верхней и нижней частями электромагнита, по меньшей мере, два сферических монокристаллических ФР, закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях в резонансных камерах немагнитного корпуса, в две из которых через первые каналы в немагнитном корпусе проведены соответственно входной и выходной отрезки линий передачи. Центральные проводники входного и выходного отрезков линий передачи нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус одинарные витковые элементы связи, охватывающие крайние ФР. Сферические монокристаллические ФР электромагнитно связаны друг с другом с помощью двойных витковых элементов связи, короткозамкнутых на немагнитный корпус на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы немагнитного корпуса проводниками L<λ/4, где - λ длина волны в рабочем диапазоне перестройки фильтра, см. На поверхности по меньшей мере одного сферического монокристаллического ФР выполнена локальная шероховатость. Одинарные и двойные витковые элементы связи попарно ортогонально охватывают сферические монокристаллические ФР. Новым является установка между противолежащими торцами верхней и нижней частей электромагнита металлической прокладки толщиной 10-150 мкм, размещенной между крайним сферическим монокристаллическим ФР, имеющим более высокую резонансную частоту, и соответствующим ему отрезком линий передачи.The problem is solved in that the microwave filter contains a non-magnetic housing located in the gap between the upper and lower parts of the electromagnet, at least two spherical single-crystal FRs mounted on heat-conducting cermet rods in the resonance chambers of the non-magnetic body, in two of which through the first channels in the non-magnetic housing, respectively, the input and output segments of the transmission lines are drawn. The central conductors of the input and output segments of the transmission lines are loaded on single-wound single-wound communication elements covering the extreme DFs shorted to a non-magnetic case. Spherical single-crystal PDs are electromagnetically connected to each other using double-wound coupling elements, short-circuited to a non-magnetic housing at free ends and connected by conductors L <λ / 4, passed through the second channels of the non-magnetic housing, where is λ is the wavelength in the working range of the filter tuning, see A local roughness is made on the surface of at least one spherical single-crystal FR. Single and double winding coupling elements pairwise orthogonally cover spherical single-crystal ph. New is the installation between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet of a metal strip with a thickness of 10-150 μm, placed between the extreme spherical single-crystal FR having a higher resonant frequency and the corresponding segment of the transmission lines.

Когда сверхвысокочастотный ферритовый фильтр содержит по меньшей мере три сферических монокристаллических ферритовых резонатора, то в этом случае между противолежащими торцами верхней и нижней частей электромагнита в направлении, перпендикулярном продольному размещению сферических монокристаллических ФР, может быть установлена дополнительная прокладка.When the microwave filter contains at least three spherical single-crystal ferrite resonators, an additional gasket can be installed between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet in the direction perpendicular to the longitudinal placement of the spherical single-crystal FRs.

Электромагнит может быть выполнен из двух одинаковых верхней и нижней частей цилиндрической или прямоугольной формы, на каждом из полюсных наконечниках которых может быть размещена одна или несколько катушек управления.The electromagnet can be made of two identical upper and lower parts of a cylindrical or rectangular shape, on each of the pole pieces of which one or more control coils can be placed.

Электромагнит может быть выполнен из двух неодинаковых верхней и нижней частей цилиндрической или прямоугольной формы, при этом на одном из полюсных наконечников может быть размещена катушка управления.The electromagnet can be made of two unequal upper and lower parts of a cylindrical or rectangular shape, while a control coil can be placed on one of the pole pieces.

Полюсный наконечник верхней или нижней частей электромагнита может содержать постоянный магнит.The pole tip of the upper or lower parts of the electromagnet may comprise a permanent magnet.

Полюсный наконечник верхней или нижней частей электромагнита может содержать постоянный магнит с катушкой управления.The pole tip of the upper or lower parts of the electromagnet may comprise a permanent magnet with a control coil.

Диапазон толщины металлической прокладки, установленной между противолежащими торцами верхней и нижней частей электромагнита, определяется следующими обстоятельствами. При толщине металлической прокладки меньше 10 мкм, ее установка не оказывает заметного влияния на уменьшение потерь в полосе пропускания в полосно-пропускающих фильтрах при работе в широких диапазонах частот (превышающих октаву) и в широких интервалах температур. Необходимости в металлической прокладки толщиной больше 150 мкм нет, так как современное оборудование и производственно-технологические допуска не дают различия резонансных частот крайних резонаторов, превышающее 80-100 МГц, тогда требуются такие толстые прокладки.The thickness range of the metal strip installed between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet is determined by the following circumstances. When the thickness of the metal strip is less than 10 μm, its installation does not have a noticeable effect on reducing losses in the passband in bandpass filters when operating in wide frequency ranges (exceeding an octave) and in wide temperature ranges. There is no need for a metal strip with a thickness of more than 150 microns, since modern equipment and production and technological tolerances do not give a difference in the resonant frequencies of the extreme resonators in excess of 80-100 MHz, then such thick gaskets are required.

Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где:The present utility model is illustrated in the drawing, where:

на фиг. 1 представлен настоящий СВЧ ферритовый фильтр, показанный для большей наглядности без верхней части электромагнита и без диска, экранирующего резонансные камеры;in FIG. 1 shows a real microwave ferrite filter, shown for clarity, without the upper part of the electromagnet and without a disk shielding the resonance chambers;

на фиг. 2 показан вид сбоку на настоящий СВЧ ферритовый фильтр с разрезом электромагнита по продольной оси и вырезом немагнитного корпуса в области ФР;in FIG. 2 shows a side view of a real microwave ferrite filter with a cut of an electromagnet along the longitudinal axis and a cut of a non-magnetic case in the area of the FR;

на фиг. 3 показан случай перекоса полюсных наконечников в зазоре магнитной системы для двухзвенного (двухрезонаторного фильтра);in FIG. Figure 3 shows the case of distortion of the pole pieces in the gap of the magnetic system for a two-link (two-cavity filter);

на фиг. 4 показан случай перекоса немагнитного корпуса в зазоре магнитной системы для двухзвенного (двухрезонаторного фильтра);in FIG. Figure 4 shows the case of a skew of a non-magnetic case in the gap of the magnetic system for a two-link (two-cavity filter);

на фиг. 5 показан случай смещения резонаторов от оси симметрии при ориентации (вращении) из-за люфта в двухзвенном (двухрезонаторном фильтре);in FIG. Figure 5 shows the case of displacement of the resonators from the axis of symmetry during orientation (rotation) due to play in a two-link (two-cavity filter);

на фиг. 6 показаны частотные зависимости минимальных потерь в полосе пропускания и амплитудно-частотные характеристики двухзвенного СВЧ ферритового фильтра - прототипа (кривая 1) и настоящего СВЧ ферритового фильтра (кривая 2) с прокладкой толщиной 50 мкм;in FIG. Figure 6 shows the frequency dependences of the minimum loss in the passband and the amplitude-frequency characteristics of a two-link microwave ferrite filter - the prototype (curve 1) and this microwave ferrite filter (curve 2) with a gasket 50 microns thick;

на фиг. 7 приведены температурные зависимости минимальных потерь в полосе пропускания двухзвенного СВЧ ферритового фильтра - прототипа (кривая 9) и настоящего СВЧ ферритового фильтра (кривая 10) с прокладкой толщиной 50 мкм (измерение выполнено на частоте f=8 ГГц при включении и выключении терморезисторов СВЧ ферритового фильтра).in FIG. Figure 7 shows the temperature dependences of the minimum losses in the passband of a two-link microwave ferrite filter (prototype (curve 9) and a real microwave ferrite filter (curve 10) with a gasket 50 μm thick (measurement was performed at a frequency of f = 8 GHz when turning on and off the thermistors of the microwave ferrite filter )

Изображенный на фиг. 1, фиг. 2 настоящий СВЧ ферритовый фильтр содержит немагнитный корпус 1, расположенный в зазоре 2 высотой d между верхней частью 3 и нижней частью 4 электромагнита 5, по меньшей мере, два сферических монокристаллических ФР 6 (на рисунке показано 3 сферических монокристаллических ФР 6), закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях 7 в резонансных камерах 8, 9, 10 немагнитного корпуса 1. В две крайние резонансные камеры 8, 9 через первые каналы 11, 12 в немагнитном корпусе 1 проведены соответственно входной и выходной отрезки линии передачи, центральные проводники 13, 14 которых нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус 1 одинарные витковые элементы связи (ВЭС) 15, 16, окружающие крайние сферические монокристаллические ФР 6. Сферические монокристаллические ФР 6 связаны друг с другом с помощью двойных ВЭС 17, 18, 19, короткозамкнутых на немагнитный корпус 1 на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы 20, 21 немагнитного корпуса 1 проводниками 22, 23 длинной L<λ/4, где λ - длина волны в рабочем диапазоне перестройки СВЧ ферритового фильтра. Одинарные ВЭС 15, 16 и двойные ВЭС 17, 18, 19 попарно ортогонально охватывают сферические монокристаллические ФР 6 в каждой из резонансных камер 8, 9, 10. Крайние сферические монокристаллические ФР 6 с помощью теплопроводящих металлокерамических стержней 7 ориентируют в намагничивающем поле Η электромагнита 5 вдоль изотропного направления (по «тепловой оси») с целью обеспечения стабильности резонансной частоты и параметров СВЧ ферритового фильтра в широком интервале частот и температур. При этом металлокерамические стержни 7 пропущены через радиаторы 24, на которых установлены терморезисторы 25, подключаемые к источнику напряжения 26±3 В. Резонансные частоты f_i крайних сферических монокристаллических ФР 6 определяют по формуле:Depicted in FIG. 1, FIG. 2, this microwave ferrite filter contains a non-magnetic housing 1 located in a gap 2 of height d between the upper part 3 and the lower part 4 of the electromagnet 5, at least two spherical single-crystal FR 6 (the figure shows 3 spherical single-crystal FR 6), mounted on heat-conducting ceramic-metal rods 7 in the resonance chambers 8, 9, 10 of the non-magnetic housing 1. Into the two extreme resonant chambers 8, 9 through the first channels 11, 12 in the non-magnetic housing 1 are the input and output segments of the transmission line, respectively single conductors 13, 14 of which are loaded onto single-wound single-wound coupling elements (WES) 15, 16 surrounding the extreme spherical single-crystal FR 6. Spherical single-crystal FR 6 are connected to each other by double short-circuited 17, 18, 19 to a non-magnetic housing 1 at the free ends and connected by conductors 22, 23 of a long L <λ / 4, passed through the second channels 20, 21 of the non-magnetic housing 1, where λ is the wavelength in the operating range of tuning of the microwave ferrite filter. Single WES 15, 16 and double WES 17, 18, 19 pairwise orthogonally enclose spherical single-crystal FR 6 in each of the resonance chambers 8, 9, 10. The extreme spherical single-crystal FR 6 with the help of heat-conducting cermet rods 7 are oriented in the magnetizing field Η of electromagnet 5 along isotropic direction (along the "thermal axis") in order to ensure the stability of the resonant frequency and parameters of the microwave ferrite filter in a wide range of frequencies and temperatures. In this case, the ceramic-metal rods 7 are passed through radiators 24, on which thermistors 25 are mounted, connected to a voltage source of 26 ± 3 V. The resonant frequencies f _{i of the} extreme spherical single-crystal FR 6 are determined by the formula:

где: y - гиромагнитное отношение - 2,8 МГц/Э;where: y is the gyromagnetic ratio of 2.8 MHz / Oe;

H_а - поле анизотропии сферического монокристаллического ФР в изотропном направлении равно нулю, (Эрстед);H _a - the anisotropy field of a spherical single-crystal FR in the isotropic direction is zero, (Oersted);

f_свi - частота связи, обратно пропорциональна нагруженной добротности Q_Hi резонатора, (МГц);f _swi - communication frequency, inversely proportional to the loaded Q factor of the Q _Hi resonator, (MHz);

H_i - магнитное поле в рабочем зазоре 2 электромагнита 5 в области размещения каждого i-го ФР 6 (i=1, 2, 3), (Эрстед).H _i - magnetic field in the working gap 2 of the electromagnet 5 in the area of each i-th FR 6 (i = 1, 2, 3), (Oersted).

Промежуточные сферические монокристаллические ФР 6 в многозвенном СВЧ ферритовом фильтре, размещенные на таких же металлокерамических стержнях 7, служат для согласования их резонансных частот с частотами крайних сферических монокристаллических ФР 6 для формирования качественной амплитудно-частотной характеристики СВЧ ферритового фильтра. Электромагнит 5, состоящий, как правило, из двух частей 3, 4 (см. фиг. 2), в которых на полюсных наконечниках 26 могут быть закреплены катушки 27 управления. Между полюсными наконечниками 3, 4 электромагнита 5 в зазоре 2, кроме немагнитного корпуса 1 с ФР 6, также размещены диски 28 из немагнитной фольги толщиной t=20-60 мкм для обеспечения электрогерметичности резонансных камер 8, 9, 10, что обеспечивает высокое заграждение СВЧ ферритового фильтра вне полосы пропускания. Входной и выходной отрезки линий передачи выходят из электромагнита 5 в виде, например, СВЧ коаксиальных разъемов 29, 30 (или микрополосковых разъемов). При перестройке резонансной частоты СВЧ ферритового фильтра для устранения паразитных резонансов в полосе пропускания по меньшей мере на поверхности одного из сферических монокристаллических ФР 6 выполнена локальная шероховатость 31. Намагничивающие поля H_i в области размещения крайних сферических монокристаллических ФР 6 совпадают по величине только в случае идеального изготовления и сборки СВЧ ферритового фильтра. Перекос или неравномерность поверхности полюсного наконечника в 0,76 мкм на частоте 18 ГГц вызывает смещение частоты в монокристаллических ФР 6 фильтра на 1 МГц. На практике при большом количестве выпуска СВЧ ферритовых фильтров наблюдаются случаи, когда резонансные частоты f_i крайних сферических монокристаллических ФР 6, ориентированных в изотропном направлении, имеющие одинаковые нагруженные добротности и следовательно частоты связи f_свi, не совпадают друг с другом на 10-70 МГц в сантиметровом диапазоне из-за нахождение этих сферических монокристаллических ФР 6 в разных намагничивающих полях H_i (см. формулу 1). Это происходит:Intermediate spherical single-crystal FR 6 in a multi-link microwave ferrite filter placed on the same cermet rods 7 serve to coordinate their resonant frequencies with the frequencies of extreme spherical single-crystal FR 6 to form a qualitative amplitude-frequency characteristic of the microwave ferrite filter. An electromagnet 5, consisting, as a rule, of two parts 3, 4 (see Fig. 2), in which control coils 27 can be fixed on the pole pieces 26. Between the pole pieces 3, 4 of the electromagnet 5 in the gap 2, in addition to the non-magnetic case 1 with FR 6, there are also disks 28 made of non-magnetic foil with a thickness of t = 20-60 μm to ensure the electrical tightness of the resonance chambers 8, 9, 10, which provides a high microwave barrier out-of-band ferrite filter. The input and output segments of the transmission lines exit the electromagnet 5 in the form of, for example, microwave coaxial connectors 29, 30 (or microstrip connectors). When tuning the resonant frequency of the microwave ferrite filter to eliminate parasitic resonances in the passband at least on the surface of one of the spherical single-crystal FR 6, a local roughness 31 is made. The magnetizing fields H _i in the region of placement of the extreme spherical single-crystal FR 6 coincide in magnitude only in the case of perfect manufacture and assembling a microwave ferrite filter. Misalignment or unevenness of the surface of the pole piece of 0.76 μm at a frequency of 18 GHz causes a frequency shift in the single crystal filter 6 of the filter at 1 MHz. In practice, when there is a large number of microwave ferrite filters, there are cases when the resonant frequencies f _{i of the} extreme spherical single-crystal FR 6 oriented in the isotropic direction, having the same loaded Q factors and, therefore, the coupling frequencies f _swi , do not coincide at 10-70 MHz in centimeter range due to the presence of these spherical single-crystal FR 6 in different magnetizing fields H _i (see formula 1). It happens:

- из-за непараллельности плоскостей полюсных наконечников 26 (фиг. 3) электромагнита, при этом величина зазора d из-за наличия допусков на изготовление изменяется от d1 до d2, d1>d2, а магнитные поля H1 и H2, действующие на резонаторы 6 отличаются H1<H2;- due to the non-parallelism of the planes of the pole pieces 26 (Fig. 3) of the electromagnet, the gap d due to manufacturing tolerances varies from d1 to d2, d1> d2, and the magnetic fields H1 and H2 acting on the resonators 6 differ H1 <H2;

- из-за перекоса немагнитного корпуса 1 СВЧ ферритового фильтра в зазоре d электромагнита (фиг. 4) при сборке фильтра, при этом наконечники 26 параллельны d1=d2, ФР 6 смещены в от центра зазора, расстояния d3, d4 от ФР до наконечника электромагнита отличаются d3>d4, а магнитные поля H₁ и H₂, действующие на резонаторы 6 различны H₁≠H₂;- due to the skew of the non-magnetic housing 1 of the microwave ferrite filter in the gap d of the electromagnet (Fig. 4) when assembling the filter, while the tips 26 are parallel to d1 = d2, FR 6 are offset from the center of the gap, the distance d3, d4 from the FR to the tip of the electromagnet differ d3> d4, and the magnetic fields H ₁ and H ₂ acting on the resonators 6 are different H ₁ ≠ H ₂ ;

- из-за смещения резонаторов от оси симметрии при их вращении из-за люфта (фиг. 5) приводит к отличию магнитных полей H₁ и H₂ (H₁≠H₂), действующих на ФР 6 аналогично случаю, рассмотренному на фиг. 4.- due to the displacement of the resonators from the axis of symmetry during their rotation due to backlash (Fig. 5), the magnetic fields H ₁ and H ₂ (H ₁ ≠ H ₂ ) acting on the FR 6 differ in the same way as in FIG. four.

Несовпадение резонансных частот крайних сферических монокристаллических ФР 6, ориентированных в изотропном направлении, вызывает увеличение потерь в полосе пропускания (см. фиг. 6, кривая 1), искажение резонансной характеристики многозвенного СВЧ ферритового фильтра при его перестройке в широком диапазоне частот (см. фиг. 6, кривые 3, 4, 5), что приводит к росту потерь в полосе пропускания (см. фиг. 6, кривая 1). Аналогичные явления появляются при изменении температуры окружающей среды (см. фиг. 7, кривая 9).The mismatch of the resonant frequencies of the extreme spherical single-crystal FR 6 oriented in the isotropic direction causes an increase in the loss in the passband (see Fig. 6, curve 1), a distortion of the resonance characteristic of the multi-link microwave ferrite filter when it is tuned in a wide frequency range (see Fig. 6, curves 3, 4, 5), which leads to an increase in losses in the passband (see Fig. 6, curve 1). Similar phenomena appear when the ambient temperature changes (see Fig. 7, curve 9).

С целью устранения указанного недостатка между противолежащими торцами верхней части 3 и нижней части 4 электромагнита 5 установлена металлическая прокладка 32, например, из металлической фольги, толщиной от 10 до 150 мкм, размещенная между крайним сферическим монокристаллическим ФР 6, имеющим более высокую резонансную частоту, и соответствующим ему отрезком линий передачи. Размеры прокладки 32 выбираются произвольными, например 3×3 мм², чтобы она не выходила за пределы стыковочных площадок частей 3, 4 электромагнита 5. Указанная толщина прокладки 32 согласуется с обычно принятыми размерами допусков на изготовление и сборку СВЧ ферритовых фильтров, изготавливаемых с использованием высокоточного станочного оборудования. Частотная зависимость минимальных потерь в полосе пропускания и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) двухзвенного СВЧ ферритового фильтра с прокладкой 32 приведены на фиг. 6 (кривая 2), а форма АЧХ на фиг. 6 (кривые 6, 7, 8). Температурная зависимость минимальных потерь в полосе пропускания двухзвенного СВЧ ферритового фильтра с прокладкой 32 показана на фиг. 7 (кривая 10).In order to eliminate this drawback between the opposite ends of the upper part 3 and the lower part 4 of the electromagnet 5, a metal strip 32 is installed, for example, of a metal foil with a thickness of 10 to 150 μm, placed between the extreme spherical single-crystal FR 6 having a higher resonant frequency, and the corresponding segment of transmission lines. The dimensions of the gasket 32 are chosen arbitrarily, for example 3 × 3 mm ² , so that it does not go beyond the docking areas of parts 3, 4 of the electromagnet 5. The indicated thickness of the gasket 32 is consistent with the generally accepted tolerance sizes for the manufacture and assembly of microwave ferrite filters manufactured using high-precision machine tool equipment. The frequency dependence of the minimum loss in the passband and the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the two-link microwave ferrite filter with gasket 32 are shown in FIG. 6 (curve 2), and the frequency response form in FIG. 6 (curves 6, 7, 8). The temperature dependence of the minimum loss in the passband of a two-link microwave ferrite filter with gasket 32 is shown in FIG. 7 (curve 10).

Перекос (непараллельность) плоскостей полюсных наконечников электромагнита 5 в многозвенном СВЧ ферритовом фильтре (при количестве ФР 6 более 2) может быть не только в направлении от входа к выходу, то есть в продольном направлении, но и в поперечном направлении. В этом случае, являющемся малосущественным при последовательном расположении ФР 6 вдоль продольной оси фильтра, дополнительную прокладку (на чертеже не показана) помещают на левую или правую стороны стыковочных поверхностей частей 3, 4 электромагнита 5 относительно продольной оси СВЧ ферритового фильтра. Этот перекос «малоэффективен», так как удаление ФР 6 друг от друга в этом направлении значительно меньше, чем удаление крайних ФР 6 в многозвенном СВЧ ферритовом фильтре. Неравномерность намагничивающих полей в области ФР 6, разнесенных в поперечном направлении, скорее может быть вызвана люфтом при их ориентации (вращением по оси металлокерамических стержней 7).The skew (non-parallelism) of the planes of the pole tips of the electromagnet 5 in a multi-link microwave ferrite filter (with a number of FR 6 more than 2) can be not only in the direction from the entrance to the output, that is, in the longitudinal direction, but also in the transverse direction. In this case, which is insignificant with the sequential arrangement of the FR 6 along the longitudinal axis of the filter, an additional gasket (not shown) is placed on the left or right side of the connecting surfaces of parts 3, 4 of the electromagnet 5 relative to the longitudinal axis of the microwave ferrite filter. This skew is "ineffective", since the removal of FR 6 from each other in this direction is much less than the removal of extreme FR 6 in a multi-link microwave ferrite filter. The unevenness of the magnetizing fields in the region of the FR 6, spaced in the transverse direction, is more likely to be caused by play during their orientation (rotation along the axis of the ceramic-metal rods 7).

В настоящем СВЧ ферритовом фильтре электромагнит 5 может быть выполнен в виде трех вариантов. В первом варианте электромагнит 5 выполняют симметрично из двух одинаковых частей 3, 4 цилиндрической или прямоугольной формы, на каждом из полюсных наконечников которых размещена по меньшей мере одна катушка 27 управления. Во втором варианте электромагнит 5 может быть выполнен несимметричным из двух неодинаковых стыковочных частей 3, 4, при этом катушка 27 управления может быть размещена только на одном из полюсных наконечников (например, микрополосковый фильтр с использованием плоской металлической подложки, являющейся нижней частью 4 электромагнита 5). В третьем варианте полюсный наконечник одной из стыковочных частей 3, 4 электромагнита 5 содержит постоянный магнит с катушкой 27 управления, или без катушки 27 управления.In the present microwave ferrite filter, the electromagnet 5 can be made in the form of three options. In the first embodiment, the electromagnet 5 is performed symmetrically from two identical parts 3, 4 of a cylindrical or rectangular shape, on each of the pole pieces of which at least one control coil 27 is placed. In the second embodiment, the electromagnet 5 can be made asymmetric from two unequal docking parts 3, 4, while the control coil 27 can be placed on only one of the pole pieces (for example, a microstrip filter using a flat metal substrate, which is the lower part 4 of electromagnet 5) . In the third embodiment, the pole tip of one of the connecting parts 3, 4 of the electromagnet 5 contains a permanent magnet with a control coil 27, or without a control coil 27.

Были изготовлены опытные образцы двухзвенного СВЧ ферритового фильтра, работающего в широком диапазоне частот 4-12 ГГц. В СВЧ ферритовых фильтры, имевшие несовпадение частот ФР при ориентировании в изотропном направлении, была установлена металлическая прокладка между противолежащими торцами верхней и нижней частей электромагнита, размещенная между крайним сферическим монокристаллическим ферритовым резонатором, имеющим более высокую резонансную частоту, и соответствующим ему отрезком линий передачи. СВЧ ферритовые фильтры обеспечивали минимальные потери в полосе пропускания не более 3 дБ, а без использования прокладки потери достигали 5 дБ на краях частотного диапазона.Prototypes were made of a two-link microwave ferrite filter operating in a wide frequency range of 4-12 GHz. In microwave ferrite filters, which had a mismatch in the frequencies of the FRs when oriented in the isotropic direction, a metal spacer was installed between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet, located between the extreme spherical single-crystal ferrite resonator having a higher resonant frequency and the corresponding segment of the transmission lines. Microwave ferrite filters provided a minimum loss in the passband of no more than 3 dB, and without the use of a spacer, the losses reached 5 dB at the edges of the frequency range.

Настоящая полезная модель была использована также в трех-, четырех- и шестизвенных СВЧ ферритовых фильтрах. При этом электромагнит имел перечисленные выше варианты исполнения.The present utility model was also used in three-, four- and six-link microwave ferrite filters. In this case, the electromagnet had the above options.

Claims

1. Microwave ferrite filter containing a non-magnetic casing located in the gap between the upper and lower parts of the electromagnet, at least two spherical single-crystal ferrite resonators mounted on heat-conducting cermet rods in the resonance chambers of the non-magnetic casing, in two of which through the first channels in the non-magnetic casing input and output segments of transmission lines, the central conductors of which are loaded onto short-circuited non-magnetic casing, respectively, are drawn binary spiral coupling elements, covering extreme ferrite resonators, spherical single-crystal ferrite resonators are electromagnetically coupled to each other by means of double spiral coupling elements, short-circuited to the non-magnetic casing at the free ends and connected by conductors L <λ / 4, passed through the second channels of the non-magnetic casing, where - λ wavelength in the working range of the filter tuning, the locale is made on the surface of at least one spherical single-crystal ferrite resonator roughness, single and double winding coupling elements pairwise orthogonally spherical single-crystal ferrite resonators, while between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet there is a metal strip 10-150 μm thick located between the extreme spherical single-crystal ferrite resonator having a higher resonant frequency and the corresponding segment of transmission lines.

2. The filter according to claim 1, characterized in that it contains at least three spherical single-crystal ferrite resonators, while an additional gasket is installed between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet in the direction perpendicular to the longitudinal placement of the spherical single-crystal ferrite resonators.

3. The filter according to claim 1, characterized in that the electromagnet is made of two identical upper and lower parts of a cylindrical or rectangular shape, on each of the pole pieces of which at least one control coil is placed.

4. The filter according to claim 1, characterized in that the electromagnet is made of two different upper and lower parts of a cylindrical or rectangular shape, while a control coil is placed on one of the pole pieces.

5. The filter according to claim 1, characterized in that the pole tip of the upper or lower part of the electromagnet contains a permanent magnet.

6. The filter according to claim 1, characterized in that the pole tip of the upper or lower part of the electromagnet contains a permanent magnet with a control coil.