RU2295806C1

RU2295806C1 - Bandpass filter

Info

Publication number: RU2295806C1
Application number: RU2005134247/09A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Вениаминович Бунин (RU); Анатолий Вениаминович Бунин; ков Сергей Викторович Вишн (RU); Сергей Викторович Вишняков; н Владимир Мушегович Геворк (RU); Владимир Мушегович Геворкян; Юрий Алексеевич Казанцев (RU); Юрий Алексеевич Казанцев; Сергей Николаевич Михалин (RU); Сергей Николаевич Михалин; Валерий Иванович Полукаров (RU); Валерий Иванович Полукаров
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-03-20

Abstract

FIELD: microwave engineering.

SUBSTANCE: proposed bandpass filter characterized in its capability of suppressing stray passbands of open dielectric filter cavities has n sections, where n is number of resonance-tuned filter sections that equals n ≥ 3. Sections are made in the form of hollow threaded metal cylinders joined together and secured with aid of lock nuts to form external cylindrical screen. Filter also has (n - 2) open dielectric disc cavities, each being disposed in holder made in the form of insulating support and mounted in one of hollow metal cylinders. Extreme sections of screen have metal end walls. Each of extreme sections of screen accommodates coupling element with coaxial-connector central conductor connected to one of its ends. Dielectric cavities have coaxial holes; support also has internal holes to receive fastening components.

EFFECT: enhanced heat transfer, facilitated adjustment of frequency response.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования в качестве полосно-пропускающих фильтров на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов преимущественно в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн.The invention relates to microwave technology and is intended for use as band-pass filters based on open disk dielectric resonators mainly in the decimeter and long wavelengths of the centimeter wavelength range.

Известны полосно-пропускающие фильтры с соосным расположением открытых дисковых диэлектрических резонаторов (см. Диэлектрические резонаторы / Под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.246-253, рис.10.10), содержащие отрезок цилиндрического волновода, выполняющего функцию экрана запредельного в рабочей полосе частот фильтра, и открытые дисковые диэлектрические резонаторы с низшим видом колебаний, число которых равно числу звеньев фильтра и каждый из которых установлен соосно в отрезке цилиндрического волновода и удерживается в нем с помощью диэлектрической втулки, а каждый из концов экрана закорочен металлической торцевой стенкой, перпендикулярной продольной оси экрана, на которых для связи с подводящими линиями установлены элементы связи, выполненные в виде проводников, подключенных к центральным проводникам коаксиальных разъемов, установленных на торцевых стенках.Known band-pass filters with coaxial arrangement of open disk dielectric resonators (see. Dielectric resonators / Ed. By Professor M.E. Ilchenko. - M.: Radio and communication, 1989, 328 p., Pp. 246-253, Fig. 10.10), containing a segment of a cylindrical waveguide that acts as a screen beyond the filter in the operating frequency band, and open disk dielectric resonators with a lower mode of vibration, the number of which is equal to the number of filter links and each of which is mounted coaxially in the segment of the cylindrical waveguide and holding They are insulated with a dielectric sleeve, and each of the ends of the screen is shorted by a metal end wall perpendicular to the longitudinal axis of the screen, on which, for communication with the supply lines, communication elements are made in the form of conductors connected to the central conductors of coaxial connectors mounted on the end walls .

Однако такие полосно-пропускающие фильтры характеризуются широким спектром близких к рабочей полосе частот паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых дисковых диэлектрических резонаторов. Ординарное значение отстроек с применением специальных мер, в том числе применение диэлектрических втулок из диэлектриков с малой (единицы) относительной диэлектрической проницаемостью, составляет примерно 30%. Причем для фильтров, предназначенных для работы в трактах высокого уровня мощности, в которых для обеспечения хорошего теплоотвода от открытых дисковых диэлектрических резонаторов используются диэлектрические втулки из более плотных диэлектриков (например, борнилит, поликор, кварц и т.п.), паразитные полосы пропускания резко приближаются к рабочей полосе частот (до единиц процента) за счет приближения высших видов колебаний к частоте низшего (рабочего) вида.However, such band-pass filters are characterized by a wide range of spurious pass-band frequencies close to the working frequency band due to higher vibration modes of open disk dielectric resonators. The ordinary value of detuning with the use of special measures, including the use of dielectric bushings made of dielectrics with a small (unit) relative permittivity, is approximately 30%. Moreover, for filters designed to operate in high power paths, in which dielectric bushings made of denser dielectrics (for example, boronilite, polycor, quartz, etc.) are used to ensure good heat dissipation from open disk dielectric resonators, the spurious passband is sharply approach the working frequency band (up to units of a percent) due to the approach of higher modes of vibration to the frequency of the lowest (working) type.

Известны полосно-пропускающие фильтры с планарным размещением открытых диэлектрических резонаторов (см. Диэлектрические резонаторы / Под ред. профессора М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, 328 с., с.250, рис.10.12), содержащие отрезок запредельного в рабочей полосе частот фильтра волновода, в котором на подставках из диэлектрика размещены открытые дисковые диэлектрические резонаторы с низшим видом колебаний. Подставки одновременно с функцией крепления резонаторов обеспечивают требуемый теплоотвод, необходимый для работы фильтра в трактах с высоким (выше 10 Вт) уровнем мощности.Known band-pass filters with planar arrangement of open dielectric resonators (see. Dielectric resonators / Ed. By Professor M.E. Ilchenko. - M .: Radio and communications, 1989, 328 p., P. 250, fig. 10.12), containing a segment of the waveguide filter that is prohibitive in the working frequency band, in which open disk dielectric resonators with a lower vibration mode are placed on dielectric supports. Stands simultaneously with the function of attaching the resonators provide the required heat sink necessary for the filter to operate in paths with a high (above 10 W) power level.

Планарные фильтры характеризуются широким спектром близких к рабочей полосе частот паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых дисковых диэлектрических резонаторов, который возрастает по мере роста диэлектрической плотности подставок. Кроме того, такие фильтры весьма трудоемки в настройке требуемых частотных характеристик, так как этот процесс сопряжен либо с перемещением резонаторов внутри замкнутого объема, либо применением диафрагм, разделяющих запредельную полость на промежуточные объемы, каждый из которых содержит свой резонатор, а требуемые для реализации частотной характеристики фильтра электромагнитные связи между резонаторами достигаются введением дополнительных элементов настройки (как правило, винтов), которые обогащают спектр паразитных частот.Planar filters are characterized by a wide range of parasitic passband frequencies close to the working frequency band due to higher vibration modes of open disk dielectric resonators, which increases as the dielectric density of the supports increases. In addition, such filters are very time-consuming in tuning the required frequency characteristics, since this process involves either moving the resonators inside a closed volume or using diaphragms that divide the transcendental cavity into intermediate volumes, each of which contains its own resonator, and those required to implement the frequency response Filter electromagnetic connections between the resonators are achieved by the introduction of additional tuning elements (usually screws) that enrich the spectrum of spurious frequencies.

Наиболее близкими к предлагаемому полосно-пропускающему фильтру являются фильтры (патент РФ №2185694, МПК7 H 01 P 7/10, опубл. 20.07.2002 г.), содержащие отрезок цилиндрического волновода, выполняющего функцию экрана запредельного в рабочей полосе частот фильтра, состоящего из n полых цилиндрических секций по числу звеньев фильтра, которые выполнены с уступами по внешнему и внутреннему диаметрам на концах и снабжены резьбами и которые частично входят одна в другую, а на внешней поверхности полых цилиндрических секций расположены контргайки, и открытые дисковые диэлектрические резонаторы с низшим видом колебаний, число которых равно числу звеньев фильтра и каждый из которых установлен в соответствующей полой цилиндрической секции и удерживается в ней с помощью диэлектрической втулки, а на каждом из концов экрана с помощью резьбовых соединений установлены оконечные полые цилиндрические металлические секции, каждая из которых на одном конце закорочена металлической торцевой стенкой, перпендикулярной продольной оси экрана, на которых для связи с подводящими линиями установлены элементы связи, выполненные в виде проводников подключенных к центральным проводникам коаксиальных разъемов, установленных на металлических торцевых стенках оконечных полых металлических секций.Closest to the proposed band-pass filter are filters (RF patent No. 2185694, IPC7 H 01 P 7/10, publ. 07/20/2002), containing a segment of a cylindrical waveguide that acts as a screen beyond the filter in the operating frequency band, consisting of n hollow cylindrical sections according to the number of filter links, which are made with ledges on the outer and inner diameters at the ends and are threaded and which partially enter one another, and lock nuts are located on the outer surface of the hollow cylindrical sections, and are open e disk dielectric resonators with the lowest type of oscillation, the number of which is equal to the number of filter links and each of which is installed in the corresponding hollow cylindrical section and held in it by means of a dielectric sleeve, and terminal hollow cylindrical metal sections are installed on each end of the screen using threaded connections each of which is shorted at one end with a metal end wall perpendicular to the longitudinal axis of the screen, on which elec- trons are mounted to communicate with the supply lines cients connection made in the form of conductors connected to center conductors of coaxial connectors mounted on the metal end walls of the hollow metal sections terminal.

Однако такие полосно-пропускающие фильтры характеризуются широким спектром близких к рабочей полосе частот паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых дисковых диэлектрических резонаторов.However, such band-pass filters are characterized by a wide range of spurious pass-band frequencies close to the working frequency band due to higher vibration modes of open disk dielectric resonators.

Технической задачей предлагаемого изобретения является подавление паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов полосно-пропускающих фильтров при обеспечении хорошего теплоотвода от открытых диэлектрических резонаторов и простотой настройки требуемой частотной характеристики фильтра.The technical task of the invention is the suppression of spurious passbands due to the higher types of vibrations of open dielectric resonators of band-pass filters while ensuring good heat removal from open dielectric resonators and the simplicity of tuning the required frequency response of the filter.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном полосно-пропускающем фильтре, содержащем n секций, где n - число резонансных звеньев, выполненных в виде полых металлических цилиндров с резьбами, расположенными на концах, соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и n-2 открытых дисковых диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, соединен с ним элементом крепления и установлен в полом металлическом цилиндре секции, оконечные секции экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из оконечных секций экрана расположен элемент связи, например петлевой, к одному из концов элемента связи присоединен центральный проводник коаксиального разъема, плоские поверхности дисковых диэлектрических резонаторов ориентированы в полых металлических цилиндрах секций параллельно продольной оси полых металлических цилиндров, держатель каждого открытого дискового диэлектрического резонатора выполнен в виде диэлектрической подставки, соединенной с внутренней поверхностью полого металлического цилиндра.The solution to this problem is achieved by the fact that in the known band-pass filter containing n sections, where n is the number of resonant links made in the form of hollow metal cylinders with threads located at the ends connected to each other, fixed with locknuts and forming an external cylindrical screen, and n-2 open disk dielectric resonators, each of which is located in the holder, connected to it by a fastening element and installed in a hollow metal cylinder sections, the end sections of the screen are made with with metallic end walls, in each of the end sections of the screen there is a coupling element, for example a loop element, a central conductor of the coaxial connector is connected to one end of the coupling element, the flat surfaces of the disk dielectric resonators are oriented in the hollow metal cylinders of the sections parallel to the longitudinal axis of the hollow metal cylinders, the holder of each open the disk dielectric resonator is made in the form of a dielectric stand connected to the inner surface of the hollow metal matic cylinder.

Кроме того, открытые дисковые диэлектрические резонаторы могут быть выполнены с соосным отверстием, диэлектрические подставки могут быть выполнены в виде диэлектрических втулок с внутренним отверстием, соосным с соосным отверстием открытых дисковых диэлектрических резонаторов, в отверстиях размещены элементы крепления, выполненные в виде винтов, диэлектрических шайб и гаек, конец каждого из винтов прикреплен к цилиндрической поверхности полого металлического цилиндра, а на другом расположена диэлектрическая шайба и гайка.In addition, open disk dielectric resonators can be made with a coaxial hole, dielectric supports can be made in the form of dielectric bushings with an internal hole coaxial with the coaxial hole of the open disk dielectric resonators, fasteners made in the form of screws, dielectric washers and nuts, the end of each screw is attached to the cylindrical surface of the hollow metal cylinder, and on the other there is a dielectric washer and nut.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез конструкции полосно-пропускающего фильтра, фиг.2 приведено резонансное звено фильтра, фиг.3 изображен продольный разрез резонансного звена фильтра, фиг.4 показан элемент связи фильтра, на фиг.5 представлена конструкция полосно-пропускающего фильтра, на фиг.6 изображены частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра по настоящему предложению.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section through the structure of a band-pass filter, Fig. 2 shows a resonant section of a filter, Fig. 3 shows a longitudinal section through a resonant section of a filter, Fig. 4 shows a filter coupling element, Fig. 5 shows the design of the bandpass filter, Fig.6 shows the frequency characteristics of the bandpass filter of the present proposal.

Полосно-пропускающий фильтр содержит n секций, где n - число резонансных звеньев фильтра - целое число и равно n≥3. Секции выполнены в виде полых металлических цилиндров 1 с резьбами 2 и 3, соединенных между собой, зафиксированных контргайками 4 и образующих внешний цилиндрический экран 5. Кроме того, фильтр содержит n-2 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, каждый из которых расположен в держателе 7, выполненном в виде диэлектрической подставки, и установлен в одном из полых металлических цилиндров 1. Оконечные секции 8 экрана 5 выполнены с металлическими торцевыми стенками 9. В каждой из оконечных секций 8 экрана 5 установлен элемент связи 10, например петлевой, к одному из концов которого присоединен центральный проводник 11 коаксиального разъема 12.The band-pass filter contains n sections, where n is the number of resonant links of the filter is an integer and is equal to n≥3. The sections are made in the form of hollow metal cylinders 1 with threads 2 and 3, interconnected, fixed with locknuts 4 and forming an external cylindrical screen 5. In addition, the filter contains n-2 open disk dielectric resonators 6, each of which is located in the holder 7, made in the form of a dielectric stand, and installed in one of the hollow metal cylinders 1. The end sections 8 of the screen 5 are made with metal end walls 9. In each of the end sections 8 of the screen 5 a communication element 10 is installed, for example measures a loop, one end of which is attached a center conductor 11 of the coaxial connector 12.

Диэлектрическая подставка 7 каждого открытого дискового диэлектрического резонатора 6 соединена с внутренней поверхностью 13 полого металлического цилиндра 1.The dielectric stand 7 of each open disk dielectric resonator 6 is connected to the inner surface 13 of the hollow metal cylinder 1.

Открытые дисковые диэлектрические резонаторы 6 имеют соосные отверстия 14, диэлектрическая подставка 7 выполнена с внутренним отверстием 15, соосным с соосным отверстием 14 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, в отверстиях расположены крепежные элементы, например, винты 16, конец каждого из которых прикреплен к цилиндрической поверхности 13 полого металлического цилиндра 1, а на другом установлены диэлектрическая шайба 17 и гайка 18.The open disk dielectric resonators 6 have coaxial holes 14, the dielectric stand 7 is made with an internal hole 15, coaxial with the coaxial hole 14 of the open disk dielectric resonators 6, fasteners are located in the holes, for example, screws 16, the end of each of which is attached to a cylindrical surface 13 a hollow metal cylinder 1, and on the other a dielectric washer 17 and a nut 18 are mounted.

Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.The bandpass filter operates as follows.

После подключения коаксиальных разъемов 12 в цепь с распространяющейся СВЧ-волной элементы связи 10, установленные в оконечных секциях 8 экрана 5, обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи. Отдельные секции фильтра, выполненные в виде полых металлических цилиндров 1, соединенные между собой, образуют единый металлический цилиндрический экран 5, запредельный в рабочей полосе частот фильтра, что исключает внеполосную передачу энергии между входом и выходом и обеспечивает электромагнитную связь открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 между собой.After connecting the coaxial connectors 12 to the circuit with a propagating microwave wave, the communication elements 10 installed in the terminal sections 8 of the screen 5 provide input and output of energy in the filter - transmission line system. Separate sections of the filter, made in the form of hollow metal cylinders 1, interconnected, form a single metal cylindrical screen 5, beyond the working frequency band of the filter, which eliminates out-of-band energy transfer between the input and output and provides electromagnetic coupling between open disk dielectric resonators 6 .

Резьбы 2 и 3 на полых металлических цилиндрах 1, образующих внешний цилиндрический экран 5, за счет возможности изменения взаимной ориентации осей открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 друг относительно друга позволяют в необходимых для корректировки частотной характеристики фильтра пределах регулировать коэффициенты связи между открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 6 и, кроме того, за счет изменения расстояний между крайними открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 6 и элементами связи 10 регулировать коэффициенты связи между ними, то есть связь крайних резонаторов 6 с подводящими линиями.The threads 2 and 3 on the hollow metal cylinders 1, forming an external cylindrical screen 5, due to the possibility of changing the mutual orientation of the axes of the open disk dielectric resonators 6 relative to each other, allow adjusting the coupling coefficients between the open disk dielectric resonators 6 and necessary to adjust the frequency response of the filter , in addition, by changing the distances between the extreme open disk dielectric resonators 6 and the communication elements 10 to adjust oeffitsienty connection between them, that is, the connection extreme cavities 6 with the supply lines.

Число секций n определяет число резонансных звеньев n-2, которое в свою очередь связано с видом необходимой частотной характеристики фильтра. Например, трехзвенный фильтр обычно реализует полосу пропускания порядка 1-1,5%, а семизвенный обеспечивает полосу 4-5%.The number of sections n determines the number of resonant links n-2, which in turn is related to the type of the required frequency response of the filter. For example, a three-link filter typically implements a passband of the order of 1-1.5%, while a seven-link filter provides a bandwidth of 4-5%.

Экспериментально установлено, что если открытые дисковые диэлектрические резонаторы 6 выполнены с соосным отверстием 14, диэлектрические подставки 7 выполнены в виде диэлектрических втулок с внутренним отверстием 15, соосным с соосным отверстием 14 открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6, а в отверстиях разместить винты 16, и конец каждого винтов прикреплен к цилиндрической поверхности 13 полого металлического цилиндра 1, а на другом разместить диэлектрическую шайбу 17 и гайку 18, то можно достичь более эффективного подавления паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов 6. Кроме того, такое выполнение диэлектрических подставок 7 позволяет улучшить тепло-отвод от диэлектрических резонаторов 6, что позволяет применять такую конструкцию фильтра в трактах высокого уровня мощности.It has been experimentally established that if the open disk dielectric resonators 6 are made with a coaxial hole 14, the dielectric supports 7 are made in the form of dielectric bushings with an internal hole 15, coaxial with the coaxial hole 14 of the open disk dielectric resonators 6, and the screws 16 are placed in the holes, and the end of each screws attached to the cylindrical surface 13 of the hollow metal cylinder 1, and on the other place a dielectric washer 17 and a nut 18, then more effective parasite suppression can be achieved high pass bands due to higher modes of vibration of open dielectric resonators 6. In addition, this embodiment of dielectric supports 7 allows to improve the heat removal from dielectric resonators 6, which allows the use of such a filter design in high power paths.

Применение изобретения позволило создать в диапазоне частот 3-7 ГГц девятизвенные полосно-пропускающие фильтры с открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами (полоса пропускания ~3%, потери в полосе не хуже 1,4 дБ), обладающие отстройкой паразитных полос пропускания на 1 ГГц, а в пределах полосы запирания обеспечивающие уровень затухания >-80 дБ, предназначенные для работы в трактах с уровнем мощности 100 Вт.The application of the invention made it possible to create in the frequency range 3-7 GHz nine-link bandpass filters with open disk dielectric resonators (passband ~ 3%, loss in the band is not worse than 1.4 dB), which have a spurious bandwidth offset of 1 GHz, and in within the locking band providing a level of attenuation> -80 dB, designed to work in paths with a power level of 100 watts.

Claims

1. A band-pass filter containing n-sections, where n is the number of resonant links and n≥3, made in the form of hollow metal cylinders, with threads located at the ends connected to each other, fixed by lock nuts and forming an external cylindrical screen, and (n-2) open disk dielectric resonators, each of which is located in the holder, connected to it by a fastening element and installed in a hollow metal cylinder sections, the end sections of the screen are made with metal end walls, in each of end sections of the screen is a communication element, for example a loop, to one of the ends of the communication element is attached a central conductor of the coaxial connector, characterized in that the flat surfaces of the disk dielectric resonators are oriented in the hollow metal cylinders of the sections parallel to the longitudinal axis of the hollow metal cylinders, the holder of each open disk dielectric resonator made in the form of a dielectric stand connected to the inner surface of the hollow metal cylinder.

2. The band-pass filter according to claim 1, characterized in that the open disk dielectric resonators are made with a coaxial hole, the dielectric supports are made in the form of dielectric sleeves with an internal hole coaxial with the coaxial hole of the open disk dielectric resonators, and the fastening elements made in the holes are made in the form of screws, dielectric washers and nuts, the end of each screw is attached to the cylindrical surface of the hollow metal cylinder, and on the other there is a dielectric washer and nut.