RU2305350C1

RU2305350C1 - Bandpass filter

Info

Publication number: RU2305350C1
Application number: RU2005140646/09A
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: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-08-27

Abstract

FIELD: microwave engineering.

SUBSTANCE: proposed filter primarily designed for use in ultrahigh frequency band and in long-wave part of superhigh frequency band has n sections, where n ≥ 3, made in the form of hollow metal cylinders threaded at ends, mounted coaxially, and interconnected, as well as (n - 2) open dielectric cavities. Each dielectric cavity is made in the form of dielectric disc sector and mounted in holder made in the form of flat-wall angle pieces parallel to cylinder axes and connected to inner surfaces of the latter. Extreme sections have metal end walls each mounting coupling member for connecting coaxial pair. Angle of dielectric-cavity sectors coincides with that of conducting-material angle pieces. Threads on ends of hollow cylinders make it possible to adjust coupling coefficients between dielectric cavities and to varying distance between extreme dielectric cavities and coupling members allows for adjusting coupling coefficients between them, that is, coupling of extreme cavities with input lines.

EFFECT: ability of suppressing stray passbands, improved heat transfer from open dielectric cavities.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования преимущественно в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн.The invention relates to microwave technology and is intended for use 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 / under the editorship of Professor M.E. Ilchenko. - M .: Radio and communications, 1989, 328 p., S.246-253, Fig. 10.10), containing a segment of a cylindrical waveguide that acts as a screen beyond the filter in the working frequency band, and open disk dielectric resonators with a lower mode of oscillation, the number of which is equal to the number of filter links and each of which is mounted coaxially in a segment of a cylindrical waveguide and holding tsya therein by a dielectric sleeve, and each of the ends of the screen shorted metal end wall perpendicular to the longitudinal axis of the screen, which for connection with a supply line set connection elements formed as a conductor connected to the center 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 to ensure good heat dissipation from open disk dielectric resonators, dielectric bushings made of denser dielectrics (for example, boronite, polycor, quartz, etc.) are used, the parasitic pass bands are sharply approaching to the working frequency band (up to units of percent) due to the approach of higher types of oscillations 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), которые содержат 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 / under the editorship of Professor M.E. Ilchenko. - M .: Radio and communications, 1989, 328 p., P. 250, Fig. 10.12), which they contain a segment of the waveguide filter, which 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.

Однако такие 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, эти фильтры весьма трудоемки в настройке требуемых частотных характеристик, так как этот процесс сопряжен либо с перемещением резонаторов внутри замкнутого объема, либо с 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, например, винтов, которые обогащают спектр паразитных частот.However, such planar filters are characterized by a wide spectrum 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, these filters are very laborious in setting 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 filter characteristics electromagnetic coupling between resonators is achieved by the introduction of additional tuning elements, for example, screws, which enrich the spectrum of spurious frequencies.

Наиболее близкими к предлагаемому полосно-пропускающему фильтру являются фильтры, описанные в патенте РФ №2185694, МПК⁷ H01P 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 целому числу звеньев фильтра, при этом n≥1, которые выполнены с уступами по внешнему и внутреннему диаметрам и имеют на концах резьбы и частично входят одна в другую, а на внешней поверхности полых цилиндрических секций расположены контргайки, и n открытых дисковых диэлектрических резонаторов с низшим видом колебаний, каждый из которых установлен в соответствующей полой цилиндрической секции и удерживается в ней с помощью диэлектрического держателя, а на каждом из концов экрана с помощью резьбовых соединений дополнительно установлены оконечные полые цилиндрические металлические секции, каждая из которых на одном конце имеет металлическую торцевую стенку, перпендикулярную 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 the filters described in RF patent No. 2185694, IPC ⁷ H01P 7/10, publ. 07/20/2002, containing a segment of a cylindrical waveguide that acts as a screen beyond the filter in the working frequency band, consisting of n hollow cylindrical sections for an integer number of filter links, with n≥1, which are made with steps on the outer and inner diameters and have at the ends of the threads and partially enter one another, and on the outer surface of the hollow cylindrical sections there are locknuts, and n open disk dielectric resonators with a lower mode of vibration, each of which is installed in the corresponding th hollow cylindrical section and is held in it by means of a dielectric holder, and terminal hollow metal sections are additionally installed on each end of the screen using threaded connections, each of which has a metal end wall at one end perpendicular to the longitudinal axis of the screen, on which connection with the supply lines installed communication elements made in the form of conductors connected to the Central conductors of coaxial connectors mounted on metal tsevyh terminal walls of hollow metal sections.

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, а 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 the higher types of oscillations of open disk dielectric resonators, and for filters designed to operate in high power paths, in which to ensure good heat removal from open disk dielectric resonators use dielectric bushings of denser dielectrics (for example, boronite, polycor, quartz, etc.), spurious passband iblizhayutsya to the operating band (up to a few percent) due to approximation to the higher vibration modes of the lower frequency (working) species.

Технической задачей изобретения является подавление паразитных полос пропускания за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов полосно-пропускающих фильтров в сочетании с обеспечением хорошего теплоотвода от открытых диэлектрических резонаторов и простотой настройки требуемой частотной характеристики фильтра.An object of the invention is the suppression of spurious passbands due to the higher types of vibrations of open dielectric resonators of band-pass filters in combination with 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≥3 - целое число, выполненных в виде полых металлических цилиндров с резьбами на концах, установленных соосно и соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран, и n-2 открытых диэлектрических резонаторов, каждый из которых расположен в держателе, установленном в полом металлическом цилиндре, оконечные секции внешнего цилиндрического экрана выполнены с металлическими торцевыми стенками, в каждой из которых расположен элемент связи, например петлевой, один из концов которого соединен с центральным проводником коаксиального разъема, держатели выполнены в виде уголков с плоскими стенками из проводящего материала, например меди, плоские стенки уголков расположены параллельно оси полых металлических цилиндров и соединены с их внутренней поверхностью, каждый диэлектрический резонатор выполнен в виде сектора диэлектрического диска, угол которого выполнен равным углу уголков держателей с плоскими стенками, а плоскости поверхности сектора диэлектрического диска, параллельные образующим его цилиндрической части, расположены на плоских стенках соответствующего уголка держателя.The solution to this problem is achieved in that in the known band-pass filter containing n sections, where n≥3 is an integer made in the form of hollow metal cylinders with threads at the ends, mounted coaxially and interconnected, fixed with locknuts and forming an external cylindrical screen, and n-2 open dielectric resonators, each of which is located in a holder mounted in a hollow metal cylinder, the end sections of the outer cylindrical screen are made with metal end walls in each of which there is a coupling element, for example a loop, one of whose ends is connected to the central conductor of the coaxial connector, the holders are made in the form of corners with flat walls made of conductive material, for example, copper, the flat walls of the corners are parallel to the axis of the hollow metal cylinders and connected with their inner surface, each dielectric resonator is made in the form of a sector of a dielectric disk, the angle of which is equal to the angle of the corners of the holders with flat walls, and the plane overhnosti dielectric disk sector parallel to its constituent cylindrical portion, arranged on the flat walls of the respective mount bracket.

Кроме того, стенки каждого сектора диэлектрического диска, расположенные на плоских стенках соответствующего уголка, перпендикулярны друг другу.In addition, the walls of each sector of the dielectric disk located on the flat walls of the corresponding corner are perpendicular to each other.

Дополнительно внешняя к углу поверхность сектора диэлектрического диска выполнена в виде части цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров.Additionally, the surface of the sector of the dielectric disk external to the corner is made as a part of a cylinder with a radius equal to the radius of the inner surface of the hollow metal cylinders.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция полосно-пропускающего фильтра, на фиг.2 представлен фрагмент конструкции полосно-пропускающего фильтра, а на фиг.3 показаны частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the design of a band-pass filter, figure 2 shows a fragment of the structure of a band-pass filter, and figure 3 shows the frequency characteristics of a band-pass filter.

Полосно-пропускающий фильтр содержит n секций, где n≥3 - целое число, выполненных в виде полых металлических цилиндров 1 с резьбами 2 и 3, расположенными на концах, установленных соосно и соединенных между собой, зафиксированных контргайками и образующих внешний цилиндрический экран 5, и n-2 открытых диэлектрических резонаторов 6, выполненных в виде секторов, каждый из которых установлен в держателе, выполненном в виде уголков 7 с плоскими стенками 8 из проводящего материала, например меди, плоские стенки 8 уголков 7 параллельны осям полых металлических цилиндров 1 и присоединены к их внутренней поверхности 9, оконечные секции 10 и 11 экрана 5, выполненные с металлическими торцевыми стенками 12 и 13. В каждой из оконечных секций 10 и 11 экрана 5 установлен элемент связи 14, например петлевой, к одному из концов элемента связи 14 присоединен центральный проводник 15 коаксиального разъема 16. Причем угол секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6 совпадает с углом уголков 7 из проводящего материала и плоскости 17 поверхности секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6, параллельные образующим цилиндрической поверхности дисковых диэлектрических резонаторов 6, расположены на плоских стенках 8 уголков 7.The band-pass filter contains n sections, where n≥3 is an integer made in the form of hollow metal cylinders 1 with threads 2 and 3 located at the ends, mounted coaxially and interconnected, fixed with locknuts and forming an external cylindrical screen 5, and n-2 open dielectric resonators 6, made in the form of sectors, each of which is mounted in a holder made in the form of corners 7 with flat walls 8 of conductive material, such as copper, flat walls 8 of corners 7 are parallel to the axes of the hollow metal of the cylinders 1 and connected to their inner surface 9, the end sections 10 and 11 of the screen 5, made with metal end walls 12 and 13. In each of the end sections 10 and 11 of the screen 5 there is a communication element 14, for example loop, to one of the ends the communication element 14 is connected to the Central conductor 15 of the coaxial connector 16. Moreover, the angle of the sectors of the disk dielectric resonators 6 coincides with the angle of the corners 7 of the conductive material and the plane 17 of the surface of the sectors of the disk dielectric resonators 6, parallel to the bore of the cylindrical surface of the disk dielectric resonators 6 are located on the flat walls 8 of the corners 7.

Стенки секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6 могут быть расположены перпендикулярно друг другу.The walls of the sectors of the disk dielectric resonators 6 can be located perpendicular to each other.

Дополнительно внешняя к углу поверхность сектора дискового диэлектрического резонатора 6 может быть выполнена в виде цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров 1.Additionally, the external to the corner sector surface of the disk dielectric resonator 6 can be made in the form of a cylinder with a radius equal to the radius of the inner surface of the hollow metal cylinders 1.

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

После подключения коаксиальных разъемов 16 в цепь с распространяющейся СВЧ-волной элементы связи 14, установленные в оконечных секциях 10 экрана 5, обеспечивают ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи. Выполнение отдельных секций фильтра в виде полых металлических цилиндров 1, соединенных между собой и образующих единый металлический цилиндрический экран 5, запредельный в рабочей полосе частот фильтра, исключает внеполосную передачу энергии между входом и выходом и обеспечивает электромагнитную связь открытых дисковых диэлектрических резонаторов 6 между собой.After connecting the coaxial connectors 16 to the circuit with a propagating microwave wave, the communication elements 14 installed in the terminal sections 10 of the screen 5 provide input and output of energy in the filter-transmission line system. The implementation of the individual sections of the filter in the form of hollow metal cylinders 1, interconnected and forming a single metal cylindrical screen 5, beyond the working frequency band of the filter, eliminates out-of-band energy transfer between the input and output and provides electromagnetic coupling of open disk dielectric resonators 6 to each other.

Резьбы 2 и 3 на полых металлических цилиндрах 1, образующих внешний цилиндрический экран 5, за счет возможности изменения расстояний между открытыми дисковыми диэлектрическими резонаторами 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 14 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 distances between the open disk dielectric resonators 6 relative to each other, allow adjusting the coupling coefficients between the open disk dielectric resonators 6 and, necessary for adjusting the frequency response of the filter in addition, by changing the distances between the extreme open disk dielectric resonators 6 and the communication elements 14 to adjust the coefficient coupling factors between them, that is, the connection of the extreme resonators 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%.

Выполнение открытых диэлектрических резонаторов 6 в виде секторов, каждый из которых установлен в держателе, выполненном в виде уголков 7 с плоскими стенками 8 из проводящего материала, например меди, обеспечивает эффективное подавление паразитных полос пропускания фильтра, которые возникают за счет высших видов колебаний открытых диэлектрических резонаторов 6, кроме того, обеспечивает эффективный отвод тепла от открытых диэлектрических резонаторов 6 через внутреннюю поверхность 9 полых металлических цилиндров 1 во внешнее пространство.The implementation of open dielectric resonators 6 in the form of sectors, each of which is mounted in a holder made in the form of corners 7 with flat walls 8 of a conductive material, such as copper, provides effective suppression of spurious filter pass bands that occur due to higher types of vibrations of open dielectric resonators 6, in addition, provides efficient heat removal from open dielectric resonators 6 through the inner surface 9 of the hollow metal cylinders 1 to the outer spaces .

Экспериментально установлено, что если угол секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6, совпадающий с углом уголков 7 из проводящего материала, прямой, то есть когда стенки секторов дисковых диэлектрических резонаторов 6 могут быть расположены перпендикулярно друг другу, то эффективная добротность резонаторов выше, а соответственно и потери в полосе пропускания фильтра меньше, чем при иных значениях углов.It has been experimentally established that if the angle of the sectors of the disk dielectric resonators 6, which coincides with the angle of the corners 7 of the conductive material, is straight, that is, when the walls of the sectors of the disk dielectric resonators 6 can be located perpendicular to each other, then the effective quality factor of the resonators is higher and, accordingly, the losses in the passband of the filter is less than with other angles.

Кроме того, если внешняя к углу поверхность сектора дискового диэлектрического резонатора 6 выполнена в виде цилиндра с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности полых металлических цилиндров 1, то уменьшается тепловое сопротивление и улучшается отвод тепла от дисковых диэлектрических резонаторов 6. Это позволяет применять фильтры в трактах с канализируемой мощностью, превышающей уровень 100 Вт.In addition, if the surface of the sector of the disk dielectric resonator 6 external to the corner is made in the form of a cylinder with a radius equal to the radius of the inner surface of the hollow metal cylinders 1, then the thermal resistance is reduced and heat removal from the disk dielectric resonators 6 is improved. This allows the use of filters in paths with canalized power exceeding 100 watts.

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 2 дБ), обладающие отстройкой паразитных полос пропускания на 1,5 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 nine-band-pass bandpass filters with open disk dielectric resonators in the frequency range 3-7 GHz (passband ~ 3%, loss in the band no worse than 2 dB), which have a spurious passband tuning of 1.5 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≥3 is an integer made in the form of hollow metal cylinders with threads at the ends, mounted coaxially and interconnected, fixed with locknuts and forming an external cylindrical screen, and n-2 dielectric resonators, each of which is located in a holder mounted in a hollow metal cylinder, the end sections of the outer cylindrical screen are made with metal end walls, in each of which there is a communication element, for example, a tail, one of the ends of which is connected to the central conductor of the coaxial connector, characterized in that the holders are made in the form of corners with flat walls made of conductive material, such as copper, the flat walls of the corners are parallel to the axis of the hollow metal cylinders and connected to their inner surface, each dielectric the resonator is made in the form of a sector of a dielectric disk, the angle of which is equal to the angle of the corners of the holders with flat walls, and the plane of the surface of each sector is dielectric of the disk, parallel to its cylindrical part, are located on the flat walls of the corresponding corner of the holder.

2. The band-pass filter according to claim 1, characterized in that the walls of each sector of the dielectric disk located on the flat walls of the corresponding corner are perpendicular to each other.

3. The band-pass filter according to claim 2, characterized in that the surface of the dielectric disk sector external to the corner is made as part of a cylinder with a radius equal to the radius of the inner surface of the hollow metal cylinders.