RU2316087C1

RU2316087C1 - Microwave filter

Info

Publication number: RU2316087C1
Application number: RU2006122426/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Рожков
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-01-27

Abstract

FIELD: microwave engineering; radio electronic devices, primarily those for space vehicles.

SUBSTANCE: proposed microwave filter has cavity, temperature compensation device , and stop with threaded hole accommodating frequency adjuster in the form of screw. The latter and cavity are made of materials having different temperature coefficient of linear expansion. Screw is designed for deforming elastic cavity wall and is assembled of internal and external screws made of material s having different temperature coefficients of linear expansion. External screw has internal threaded hole accommodating internal screw.

EFFECT: ability of maintaining desired thermal stability of cavity resonant frequency at gradual variations in temperature coefficient of linear expansion.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области СВЧ-техники, предназначенной для использования в различных радиотехнических устройствах, преимущественно в радиотехнических устройствах космических аппаратов.The invention relates to the field of microwave technology intended for use in various radio devices, mainly in radio devices of spacecraft.

Конструкции СВЧ-фильтров должны отвечать требованиям температурной стабильности электрических характеристик. Для температурной стабилизации электрических характеристик СВЧ-фильтров могут быть использованы материалы с низким коэффициентом температурного расширения, однако такие материалы довольно дороги и имеют большой удельный вес. Поэтому для дополнительной температурной стабилизации электрических характеристик наиболее удобно использовать устройства, изменяющие критические размеры резонансных объемов и располагающиеся с внешней стороны резонаторов. Такие устройства не уменьшают собственную добротность резонаторов, определяющую потери полезного сигнала в полосе пропускания СВЧ-фильтра. Общим принципом таких устройств является деформация одной или нескольких пружинящих стенок резонансного объема. Деформация пружинящей стенки резонансного объема достигается при использовании в конструкции из материала с одним коэффициентом линейного расширения деформирующего элемента (обычно винта) из материала с другим коэффициентом линейного расширения. В этом случае деформация пружинящей стенки резонансного объема будет изменяться при изменении температуры, что позволит значительно уменьшить изменение резонансной частоты резонатора в рабочем диапазоне температур.The design of microwave filters must meet the requirements of temperature stability of electrical characteristics. For temperature stabilization of the electrical characteristics of microwave filters, materials with a low coefficient of thermal expansion can be used, however, such materials are quite expensive and have a large specific gravity. Therefore, for additional temperature stabilization of electrical characteristics, it is most convenient to use devices that change the critical dimensions of resonant volumes and are located on the outside of the resonators. Such devices do not reduce the intrinsic quality factor of the resonators, which determines the loss of the useful signal in the passband of the microwave filter. The general principle of such devices is the deformation of one or more spring walls of the resonant volume. The deformation of the spring wall of the resonant volume is achieved by using a material with one coefficient of linear expansion of a deforming element (usually a screw) from a material with a different coefficient of linear expansion. In this case, the deformation of the spring wall of the resonant volume will change with temperature, which will significantly reduce the change in the resonant frequency of the resonator in the operating temperature range.

Из авторского свидетельства SU 344537 известен волноводный СВЧ-фильтр, содержащий биметаллический температурный компенсатор. Элемент температурной компенсации выполнен в виде двух втулок. Для точной настройки резонатора служит емкостной винт.From the copyright certificate SU 344537 known waveguide microwave filter containing a bimetallic temperature compensator. The temperature compensation element is made in the form of two bushings. A capacitive screw is used to fine tune the resonator.

Из авторского свидетельства SU 1138864 известен СВЧ-фильтр, содержащий отрезок волновода с диэлектрическим резонатором. На корпусе СВЧ-фильтра закреплен полый цилиндр, на внутренней поверхности которого выполнена резьба, на которой установлена с возможностью перемещения гайка, выполненная в виде стакана. Внутри стакана установлен с возможностью перемещения по резьбе дополнительный стакан. В дне дополнительного стакана выполнено центральное отверстие, в которое пропущен стержень, установленный с возможностью перемещения через отверстие в стенке отрезка волновода. Винтом, вкрученным в дно дополнительного стакана, и контргайкой в дополнительном стакане зафиксирован пакет биметаллических пластин. За счет перемещения стержня во внешних полях диэлектрического резонатора осуществляется перестройка резонансной частоты сверхвысокочастотного фильтра. За счет температурного изменения расстояния между диэлектрическим резонатором и диском компенсируется температурный уход частоты диэлектрического резонатора с определенными значениями температурного коэффициента линейного расширения диэлектрика и температурного коэффициента относительной диэлектрической проницаемости. СВЧ-фильтр, описанный в авторском свидетельстве SU 1138864, выбран в качестве ближайшего аналога изобретения.From the copyright certificate SU 1138864 known microwave filter containing a segment of a waveguide with a dielectric resonator. A hollow cylinder is fixed on the microwave filter housing, on the inner surface of which a thread is made, on which a nut made in the form of a glass is mounted with the possibility of movement. An additional glass is mounted inside the glass with the possibility of movement along the thread. A central hole is made in the bottom of the additional glass, into which a rod is inserted, which is installed with the possibility of movement through the hole in the wall of the waveguide segment. A screw, screwed into the bottom of the additional glass, and a lock nut in the additional glass, fix the package of bimetallic plates. Due to the movement of the rod in the external fields of the dielectric resonator, the resonance frequency of the microwave filter is tuned. Due to the temperature change in the distance between the dielectric resonator and the disk, the temperature drift of the frequency of the dielectric resonator with certain values of the temperature coefficient of linear expansion of the dielectric and the temperature coefficient of relative permittivity is compensated. The microwave filter described in the copyright certificate SU 1138864 is selected as the closest analogue of the invention.

При эксплуатации СВЧ-фильтров, известных из авторского свидетельства SU 1138864, а также СВЧ-фильтров подобных конструкций было выявлено ряд недостатков. При использовании простого деформирующего элемента (винта), выполненного, в отличие от резонатора, из материала с другим температурным коэффициентом линейного расширения, необходим особо точный подбор длины деформируемого элемента, обеспечивающей максимальный эффект температурной стабилизации. Предложенное изобретение направлено на устранение этого недостатка.During the operation of microwave filters known from the copyright certificate SU 1138864, as well as microwave filters of similar designs, a number of disadvantages were identified. When using a simple deforming element (screw), made, in contrast to the resonator, from a material with a different temperature coefficient of linear expansion, a particularly accurate selection of the length of the deformable element is required, which ensures the maximum effect of temperature stabilization. The proposed invention is aimed at eliminating this drawback.

Технический результат, ожидаемый от использования заявленного изобретения, заключается в обеспечении температурной стабилизации резонансной частоты резонатора при плавном изменении температурного коэффициента линейного расширения.The technical result expected from the use of the claimed invention is to provide temperature stabilization of the resonant frequency of the resonator with a smooth change in the temperature coefficient of linear expansion.

Технический результат достигается тем, что предложен СВЧ-фильтр, включающий регулятор частоты и устройство температурной компенсации, содержащее резонатор, и упор с резьбовым отверстием, в котором установлен регулятор частоты, выполненный в виде винта. Винт и резонатор выполнены из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Винт выполнен с возможностью деформации пружинящей стенки резонатора и состоит из внутреннего и наружного винтов, выполненных из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Наружный винт выполнен с внутренним резьбовым отверстием, в которое установлен внутренний винт. В наружном винте выполнено одно или несколько резьбовых отверстий, в которых устанавливается один или несколько стопорных винтов, упирающихся в одну или несколько продольных канавок, выполненных на поверхности внутреннего винта.The technical result is achieved by the fact that a microwave filter is proposed, including a frequency controller and a temperature compensation device containing a resonator, and a stop with a threaded hole in which a frequency controller is installed, made in the form of a screw. The screw and resonator are made of materials with different temperature coefficients of linear expansion. The screw is made with the possibility of deformation of the spring wall of the resonator and consists of internal and external screws made of materials with different temperature coefficients of linear expansion. The external screw is made with an internal threaded hole in which the internal screw is installed. One or more threaded holes are made in the external screw, in which one or more locking screws are installed, abutting against one or more longitudinal grooves made on the surface of the internal screw.

Стопорный винт может быть установлен в одном из резьбовых отверстий, выполненных в наружном винте.The locking screw can be installed in one of the threaded holes made in the outer screw.

Также два стопорных винта могут быть установлены в резьбовые отверстия, выполненные в наружном винте на двух уровнях и под некоторым углом друг к другу. Во внутреннем винте выполняются две или несколько пар продольных канавок, расположенных под тем же углом, что и угол между стопорными винтами.Also, two locking screws can be installed in threaded holes made in the outer screw at two levels and at some angle to each other. In the internal screw, two or more pairs of longitudinal grooves are arranged at the same angle as the angle between the locking screws.

Также на каждом уровне может быть выполнено одинаковое количество резьбовых отверстий, расположенных на равных угловых расстояниях друг от друга. Резьбовые отверстия в одном уровне смещены относительно резьбовых отверстий в другом уровне на угол, равный углу между продольными канавками во внутреннем винте. Количество продольных канавок во внутреннем винте отличается от количества резьбовых отверстий на одном из уровней в боковой стенке внешнего винта.Also, at each level, the same number of threaded holes located at equal angular distances from each other can be made. The threaded holes in one level are offset from the threaded holes in the other level by an angle equal to the angle between the longitudinal grooves in the internal screw. The number of longitudinal grooves in the internal screw differs from the number of threaded holes on one of the levels in the side wall of the external screw.

Предложенное изобретение поясняется чертежами.The proposed invention is illustrated by drawings.

Фиг.1 - конструкция СВЧ-фильтра.Figure 1 - design of a microwave filter.

Фиг.2 - конструкция винта-термокомпенсатора.Figure 2 - design of the screw thermal compensator.

Предложенный СВЧ-фильтр включает регулятор частоты и устройство температурной компенсации. Устройство температурной компенсации содержит резонатор, включающий пружинящую стенку резонатора 1 и упор с резьбовым отверстием 4, в котором установлен регулятор частоты, выполненный в виде винта 3. Винт 3 выполнен из двух частей с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Одна часть винта 3 выполнена из того же материала, что и резонатор, а другая часть - из материала с температурным коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения резонатора.The proposed microwave filter includes a frequency controller and a temperature compensation device. The temperature compensation device includes a resonator, including a spring wall of the resonator 1 and a stop with a threaded hole 4, in which a frequency regulator made in the form of a screw 3 is installed. The screw 3 is made of two parts with different temperature coefficients of linear expansion. One part of the screw 3 is made of the same material as the resonator, and the other part is made of a material with a temperature coefficient of linear expansion different from the coefficient of linear expansion of the resonator.

При выполнении винта 3 составным, выполненным в виде двух винтов, один из которых ввинчивается в опору резонатора, а другой в резьбовое отверстие в первом винте, появляется возможность плавно изменять длину рабочей части второго винта. В этом случае крутизна температурной зависимости изменения длины деформирующего элемента будет изменена в зависимости от изменения длины рабочей части второго винта или эквивалентного температурного коэффициента линейного расширения составного деформирующего элемента.When making screw 3 composite, made in the form of two screws, one of which is screwed into the support of the resonator, and the other into the threaded hole in the first screw, it becomes possible to smoothly change the length of the working part of the second screw. In this case, the steepness of the temperature dependence of the change in the length of the deforming element will be changed depending on the change in the length of the working part of the second screw or the equivalent temperature coefficient of linear expansion of the composite deforming element.

Фиксация деталей составного винта 3 (внутреннего и наружного винтов) относительно друг друга может быть выполнена с помощью контрящей гайки 2. Однако при большом количестве изменений температуры может происходить "ослабление" и расконтривание соединения деталей с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Поэтому для более надежной фиксации положения внутреннего винта относительно наружного в деформирующем устройстве используются стопорные винты 5, входящие во внешний винт через резьбовые отверстия и упирающиеся в специальные продольные канавки во внутреннем винте. Более надежная фиксация внутреннего винта будет обеспечена при использовании двух стопорных винтов, расположенных на разных уровнях и под углом друг к другу, например 90°, в этом случае будет устранено качание внутреннего винта относительно наружного и увеличивается прочность фиксации.Fixation of the components of the composite screw 3 (internal and external screws) relative to each other can be performed using the lock nut 2. However, with a large number of temperature changes, “weakening” and unlocking of the connection of parts with different temperature coefficients of linear expansion can occur. Therefore, for a more reliable fixation of the position of the internal screw relative to the external one in the deforming device, locking screws 5 are used, which enter the external screw through threaded holes and abut against special longitudinal grooves in the internal screw. A more reliable fixation of the internal screw will be provided by using two locking screws located at different levels and at an angle to each other, for example 90 °, in this case the swing of the internal screw relative to the external screw will be eliminated and the fixing strength will increase.

Для уменьшения дискретного шага изменения длины рабочей части внутреннего винта может быть выполнено разное количество возможных мест установки стопорных винтов 5 во внешнем винте и количество продольных канавок во внутреннем винте. Например, при трех возможных положениях стопорных винтов 5 во внешнем винте, расположенных под углом 120°, и четырех возможных положениях продольных канавок во внутреннем винте, расположенных под углом 90°, появляется возможность устанавливать внутренний винт относительно внешнего с шагом 1/12 оборота или 30°. При шаге резьбы внутреннего винта 0,5 мм появляется возможность изменять длину рабочей части внутреннего винта с шагом менее 50 мкм, что оказывается вполне достаточным для получения высокой температурной стабильности резонансной частоты резонатора (менее 10-7).To reduce the discrete step of changing the length of the working part of the internal screw, a different number of possible installation locations of the locking screws 5 in the external screw and the number of longitudinal grooves in the internal screw can be performed. For example, with three possible positions of the locking screws 5 in the external screw located at an angle of 120 °, and four possible positions of the longitudinal grooves in the internal screw located at an angle of 90 °, it becomes possible to install the internal screw relative to the external screw with a step of 1/12 turn or 30 °. When the thread pitch of the internal screw is 0.5 mm, it becomes possible to change the length of the working part of the internal screw with a pitch of less than 50 μm, which is quite sufficient to obtain high temperature stability of the resonant frequency of the resonator (less than 10-7).

Таким образом, подтвержден ожидаемый технический результат, заключающийся в обеспечении температурной стабилизации резонансной частоты резонатора, при плавном изменении температурного коэффициента линейного расширения.Thus, the expected technical result is confirmed, which consists in providing temperature stabilization of the resonant frequency of the resonator, with a smooth change in the temperature coefficient of linear expansion.

Claims

1. A microwave filter containing a resonator, a temperature compensation device and an abutment with a threaded hole, in which a frequency regulator is made in the form of a screw, the screw and resonator made of materials with different temperature coefficients of linear expansion, characterized in that the screw is made with the possibility of deformation of the resonator wall, made springy, and consists of internal and external screws made of materials with different temperature coefficients of linear expansion, while the external vi t is formed with an internal threaded hole into which is mounted the inner screw and the side wall of the outer rotor satisfies one or more threaded holes, into which installed one or more locking screws, resting on one or more longitudinal grooves formed on the surface of the inner screw.

2. The microwave filter according to claim 1, characterized in that the two locking screws are installed in threaded holes made in the outer screw at two levels and at some angle to each other, while in the inner screw there are two or more pairs of longitudinal grooves, located at the same angle as the angle between the locking screws.

3. The microwave filter according to claim 3, characterized in that the same number of threaded holes located at equal angular distances from each other are made in the side wall of the outer screw at each level, and the threaded holes in one level are offset from the threaded holes in another level by an angle equal to the angle between the longitudinal grooves in the internal screw, and the number of longitudinal grooves in the internal screw differs from the number of threaded holes on one of the levels in the side wall of the external screw.