RU2645033C1

RU2645033C1 - Microwave multiplexer

Info

Publication number: RU2645033C1
Application number: RU2017111465A
Authority: RU
Inventors: Валерий Петрович Мещанов; Владислав Алексеевич Царев; Павел Данилович Шалаев; Борис Маркович Кац
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "НИКА-СВЧ"
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-02-15

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering. Microwave multiplexer contains a device for the common leg of the microwave signal, a summing resonator, and parallel-located band-pass filters. Summing resonator is a short-circuited at the ends section of the transmission line, and each of the band-pass filters is made in the form of a chain of coupled resonators. Resonators of each chain of a band-pass filter are located with the formation of two tiers. Separate input devices of microwave signals and the output device of the microwave signal are made in the form of waveguides separated from the corresponding input resonators of chains of band-pass filters and the summing resonator, with transverse diaphragm with coupling slots. Waveguide of each of the separate input devices of microwave signals is equipped with a resonant element in the form of a rod made of dielectric material placed on the transverse diaphragm of the waveguide and with adjusting elements for frequency and coupling tuning, disposed in the waveguide wall. Resonance element is oriented along the propagation direction of microwave signal and is configured to adjust to the boundary frequencies of the multiplexer wide band.

EFFECT: technical results – mass and dimensions reduction, increase in the power level of the output microwave signal.

14 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к СВЧ-мультиплексорам, предназначенным для сложения СВЧ-сигналов в широком частотном диапазоне. The invention relates to radio engineering, namely to microwave multiplexers designed to add microwave signals in a wide frequency range.

Известно устройство - многоканальный мультиплексор, который имеет квадратную форму и включает в себя множество коаксиальных портов ввода СВЧ-сигнала, которые подключены к соответствующим цепочкам связанных резонаторов, имеющих электромагнитную связь с общим, центрально расположенным, суммирующим резонатором (трансформатором), предназначенным для передачи общего группового сигнала на выходной коаксиальный высокочастотный разъем (Патент США №6624723, кл. H01P 1/213, 2003). A device is known - a multi-channel multiplexer, which has a square shape and includes many coaxial input ports of the microwave signal, which are connected to the corresponding chains of connected resonators having electromagnetic coupling with a common, centrally located summing resonator (transformer), designed to transmit a common group signal to the output coaxial high-frequency connector (US Patent No. 6624723, CL H01P 1/213, 2003).

Однако применение такого устройства из-за наличия коаксиальных элементов ввода и вывода энергии ограничено диапазоном частот от 1 до 4 ГГц.However, the use of such a device due to the presence of coaxial input and output energy elements is limited by the frequency range from 1 to 4 GHz.

На частотах выше 4 ГГц могут быть использованы мультиплексоры, выполненные на основе полосно-пропускающих фильтров, содержащих цепочки связанных диэлектрических резонаторов и волноводные вводы и вводы СВЧ-сигналов.At frequencies above 4 GHz, multiplexers based on bandpass filters containing chains of coupled dielectric resonators and waveguide and microwave signal inputs can be used.

Известен также мультиплексор, содержащий корпус, входной высокочастотный разъем, соединенный со входным трансформатором, выходной высокочастотный разъем, параллельно установленные полосно-пропускающие фильтры с различными полосами пропускания, выполненные на линиях с распределенными параметрами, каждый из которых снабжен регулировочными элементами (Патент Японии №61-50524, кл. H01P1/213, 1986).Also known is a multiplexer comprising a housing, an input high-frequency connector connected to an input transformer, an output high-frequency connector, parallel-mounted bandpass filters with different bandwidths, made on lines with distributed parameters, each of which is equipped with adjustment elements (Japanese Patent No. 61- 50524, CL H01P1 / 213, 1986).

Недостатком данного устройства является то, что при его технической реализации технологически трудно разместить в одной плоскости все полосно-пропускающие фильтры и волноводные вводы и выводы СВЧ-сигнала.The disadvantage of this device is that when it is technically implemented it is technologically difficult to place all bandpass filters and waveguide inputs and outputs of the microwave signal in one plane.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является перестраиваемый СВЧ–мультиплексор, предназначенный для сложения нескольких СВЧ-сигналов, спектры которых занимают различные неперекрывающиеся полосы частот (патент США №6806791, кл. H01P1/20, Н01P5/12, 2004). Это устройство имеет несколько коаксиальных вводов СВЧ сигналов, которые электромагнитно связаны с полосно-пропускающими фильтрами и суммирующим резонатором (трансформатором), позволяющим передать общий групповой сигнал на выходной высокочастотный разъем. Полосно-пропускающие фильтры представляют собой выполненные в одном прямоугольном корпусе параллельные ряды цепочек связанных резонаторов, начинающихся от коаксиальных вводов СВЧ-сигналов и заканчивающихся суммирующим резонатором (трансформатором), выполненным на основе коаксиальной резонансной линии, замкнутой на концах и расположенной перпендикулярно направлению расположения цепочек связанных резонаторов. Полосно-пропускающие фильтры содержат регулировочные элементы перестройки частоты и связи. Каждый из резонаторов в этих цепочках имеет резонансный элемент в виде внутреннего проводника, помещенного в экранирующую полость, ограниченную в направлении распространения сигнала плоскими поперечными диафрагмами с выполненными в них щелями связи. Внутренние проводники в цепочке связанных резонаторов могут быть выполнены из металла и/или керамики. Суммирующий резонатор имеет элемент связи с общим коаксиальным выводом СВЧ-сигнала.Closest to the proposed invention is a tunable microwave multiplexer designed to add several microwave signals whose spectra occupy different non-overlapping frequency bands (US patent No. 6806791, class H01P1 / 20, H01P5 / 12, 2004). This device has several coaxial inputs of microwave signals that are electromagnetically coupled to bandpass filters and a summing resonator (transformer), which allows you to transfer a common group signal to the high-frequency output connector. Band-pass filters are parallel rows of chains of coupled resonators made in a single rectangular case, starting from coaxial inputs of microwave signals and ending with a summing resonator (transformer) based on a coaxial resonant line closed at the ends and located perpendicular to the direction of the arrangement of chains of coupled resonators . Band-pass filters contain frequency and communications tuning controls. Each of the resonators in these chains has a resonant element in the form of an internal conductor placed in a shielding cavity bounded in the direction of signal propagation by flat transverse diaphragms with communication slots made in them. The internal conductors in a chain of coupled resonators can be made of metal and / or ceramic. The summing resonator has a coupling element with a common coaxial output of the microwave signal.

Недостатками данного устройства являются его значительные габаритные размеры, что связано с плотным расположением цепочек связанных резонаторов в одной плоскости при количестве частотных каналов более двух. В этом случае длина центрального проводника коаксиальной резонансной линии в суммирующем резонаторе становится значительной, что может привести к ухудшению надежности работы этого устройства в условиях повышенной температуры и больших ударных нагрузках. Кроме того, полосно-пропускающие фильтры характеризуются большой разницей в крутизне скатов амплитудно-частотной характеристики, причем, как правило, крутизна ската верхних частот существенно хуже (скат является более пологим), чем крутизна ската нижних частот характеристики фильтра. Кроме того, из-за наличия коаксиальных элементов ввода и вывода энергии применение известного мультиплексора ограничено уровнем передаваемой мощности общего группового СВЧ-сигнала менее 50 Вт.The disadvantages of this device are its significant overall dimensions, which is associated with a dense arrangement of chains of coupled resonators in one plane with the number of frequency channels more than two. In this case, the length of the central conductor of the coaxial resonance line in the summing resonator becomes significant, which can lead to a deterioration in the reliability of this device in conditions of elevated temperature and high shock loads. In addition, band-pass filters are characterized by a large difference in the slope slope of the amplitude-frequency characteristic, and, as a rule, the slope of the high-frequency slope is significantly worse (the slope is more gentle) than the slope of the low-pass filter characteristics. In addition, due to the presence of coaxial input and output energy elements, the use of the known multiplexer is limited by the transmit power level of the common group microwave signal of less than 50 watts.

Задача настоящего изобретения заключается в создании мультиплексора, работающего с увеличенным количеством частотных каналов при небольших габаритах, увеличенной крутизне скатов его амплитудно-частотной характеристики (повышенной избирательности) и при повышенном уровне мощности группового СВЧ-сигнала. The objective of the present invention is to create a multiplexer that works with an increased number of frequency channels with small dimensions, increased slope slopes of its amplitude-frequency characteristics (increased selectivity) and with an increased power level of a group microwave signal.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов мультиплексора при увеличении крутизны скатов его амплитудно-частотной характеристики с сохранением частотного диапазона полосы пропускания и повышением уровня мощности выходного СВЧ-сигнала.The technical result of the invention is to reduce the dimensions of the multiplexer while increasing the slope of the slopes of its amplitude-frequency characteristics while maintaining the frequency range of the passband and increasing the power level of the output microwave signal.

Поставленная задача решается тем, что в СВЧ–мультиплексоре, содержащем расположенные в одном корпусе не менее трех устройств для раздельного ввода СВЧ-сигналов, устройство общего вывода СВЧ-сигнала, суммирующий резонатор, выход которого связан со входом устройства общего вывода СВЧ-сигнала, не менее трех параллельно расположенных полосно-пропускающих фильтров, каждый из которых на входе связан с соответствующим устройством для раздельного ввода СВЧ-сигналов, а на выходе – с суммирующим резонатором, при этом суммирующий резонатор представляет собой закороченный на концах отрезок передающей линии, расположенный перпендикулярно направлению распространения СВЧ-сигнала, а каждый из полосно-пропускающих фильтров выполнен в виде цепочки связанных резонаторов, снабженных резонансными элементами и регулировочными элементами перестройки частоты и связи, согласно предлагаемому техническому решению резонаторы каждой цепочки полосно-пропускающего фильтра расположены с образованием двух ярусов, при этом выход последнего резонатора первого яруса связан со входом резонатора второго яруса посредством щели связи, а устройства раздельного ввода СВЧ-сигналов и устройство вывода СВЧ-сигнала выполнены в виде волноводов, отделенных от соответствующих входных резонаторов цепочек полосно-пропускающих фильтров и суммирующего резонатора, поперечной диафрагмой с щелями связи, при этом волновод каждого из устройств раздельного ввода СВЧ- сигналов снабжен резонансным элементом в виде стержня из диэлектрического материала, размещенным на поперечной диафрагме волновода, и регулировочными элементами перестройки частоты и связи, размещенными в стенке волновода, при этом резонансный элемент ориентирован вдоль направления распространения СВЧ-сигнала и выполнен с возможностью настройки на граничные частоты полосы пропускания мультиплексора; суммирующий резонатор выполнен в виде закороченного на концах отрезка волновода и снабжен регулировочным элементом перестройки частоты и связи; устройство вывода общего СВЧ-сигнала выполнено в виде волновода и снабжено регулировочным элементом перестройки связи.The problem is solved in that in a microwave multiplexer containing at least three devices for separate input of microwave signals located in one housing, the device for the general output of the microwave signal, summing the resonator, the output of which is connected to the input of the device for the general output of the microwave signal less than three parallel bandpass filters, each of which is connected at the input to a corresponding device for separate input of microwave signals, and at the output, to a summing resonator, while the summing resonator it represents a segment of the transmission line shorted at the ends, located perpendicular to the direction of propagation of the microwave signal, and each of the band-pass filters is made in the form of a chain of coupled resonators, equipped with resonant elements and adjustment elements for tuning the frequency and communication, according to the proposed technical solution, the resonators of each chain are strip the transmission filter are arranged with the formation of two tiers, while the output of the last resonator of the first tier is connected to the input of the resonant the second tier through the communication gap, and the device for separate input of microwave signals and the output device of the microwave signal are made in the form of waveguides, separated from the corresponding input resonators of the chains of bandpass filters and summing resonator, by a transverse diaphragm with communication slots, while the waveguide of each of devices for separate input of microwave signals is equipped with a resonant element in the form of a rod of dielectric material placed on the transverse diaphragm of the waveguide, and adjustment elements for tuning the frequency Toty and communication placed in the waveguide wall, wherein the resonant element is oriented along the direction of propagation of the microwave signal and configured to tune the frequency at the boundary of the multiplexer bandwidth; the summing resonator is made in the form of a shorted segment of the waveguide and is equipped with an adjustment element for tuning the frequency and communication; the output device of the common microwave signal is made in the form of a waveguide and is equipped with an adjustment element of the adjustment of communication.

Резонансные элементы полосно-пропускающих фильтров могут быть выполнены в виде стержней цилиндрической формы из диэлектрического материала и/или металла.The resonant elements of the bandpass filters can be made in the form of cylindrical rods of dielectric material and / or metal.

Резонансные элементы полосно-пропускающих фильтров могут быть закреплены на корпусе мультиплексора.The resonant elements of the bandpass filters can be fixed to the multiplexer housing.

Резонансные элементы полосно-пропускающих фильтров могут быть выполнены из высокочастотного керамического материала с относительной диэлектрической проницаемостью ε’<20, например из алюмооксидной керамики, и могут быть закреплены на корпусе мультиплексора через дополнительные керамические элементы, выполненные, например, из кварца.The resonant elements of the bandpass filters can be made of high-frequency ceramic material with a relative permittivity ε ’<20, for example, of alumina ceramic, and can be fixed to the multiplexer housing through additional ceramic elements made, for example, of quartz.

Резонансные элементы, расположенные в резонаторах цепочки полосно-пропускающих фильтров, могут быть закреплены на стенках резонаторов, являющихся общими для резонаторов первого и второго ярусов цепочки.Resonance elements located in the resonators of the chain of bandpass filters can be mounted on the walls of the resonators that are common to the resonators of the first and second tiers of the chain.

Резонансные элементы устройств раздельного ввода СВЧ-сигналов могут быть выполнены в виде стержней цилиндрической формы. Resonance elements of devices for separate input of microwave signals can be made in the form of cylindrical rods.

Резонансные элементы устройств раздельного ввода СВЧ-сигналов могут быть установлены на общей плоской поперечной диафрагме таким образом, что их оси проходят через середину щелей связи, выполненных в поперечной диафрагме.Resonance elements of devices for separate input of microwave signals can be mounted on a common flat transverse diaphragm so that their axes pass through the middle of the communication slots made in the transverse diaphragm.

Количество связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра может быть выбрано равным от 2 до 11.The number of coupled bandpass filter resonators can be selected from 2 to 11.

Число резонаторов, расположенных во втором ярусе цепочки каждого из полосно-пропускающих фильтров, может быть выбрано на единицу меньше, чем в первом ярусе.The number of resonators located in the second tier of the chain of each of the band-pass filters can be selected one less than in the first tier.

Суммирующий резонатор может представлять собой закороченный на концах отрезок прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний H_n01 (где n - количество частотных каналов), а волноводы устройств для раздельного ввода и общего вывода СВЧ-сигналов могут иметь прямоугольную форму поперечного сечения и характеризоваться рабочим видом колебаний H₁₀.The summing resonator can be a shorted segment of a rectangular waveguide with a working type of oscillation H _n01 (where n is the number of frequency channels), and the waveguides of devices for separate input and general output of microwave signals can have a rectangular cross-sectional shape and be characterized by a working type of oscillation H ₁₀ .

Регулировочные элементы перестройки частоты и связи могут быть выполнены в виде металлических винтов, расположенных под прямым углом к резонансным элементам мультиплексора. Adjusting elements for frequency and communication tuning can be made in the form of metal screws located at right angles to the resonant elements of the multiplexer.

Устройство общего вывода СВЧ-сигнала может содержать резонансный элемент в виде стержня из диэлектрического материала, установленный на поперечной диафрагме на выходе суммирующего резонатора и ориентированный вдоль направления распространения СВЧ-сигнала.The device for the general output of the microwave signal may contain a resonant element in the form of a rod of dielectric material mounted on a transverse diaphragm at the output of the summing resonator and oriented along the direction of propagation of the microwave signal.

Резонаторы полосно-пропускающих фильтров могут быть выполнены круглой, квадратной или эллиптической формы в проекции на горизонтальную плоскость.Resonators of bandpass filters can be made round, square or elliptical in projection on a horizontal plane.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена схема расположения резонаторов и устройств раздельного ввода и общего вывода СВЧ-сигналов для мультиплексора с тремя полосно-пропускающими фильтрами, общий вид; на Фиг.2 – схематическое изображение конструкции мультиплексора в разрезе А-А на Фиг.1; на Фиг.3 – схематическое изображение конструкции мультиплексора в разрезе Б-Б на Фиг.2; на Фиг.4 – схематическое изображение конструкции мультиплексора в разрезе В-В на Фиг.2; на Фиг.5 – амплитудно-частотная характеристика мультиплексора при наличии диэлектрического резонансного элемента в устройствах раздельного ввода СВЧ-сигнала (сплошная линия) и при его отсутствии (пунктирная линия); на Фиг. 6, 7 – пример конструктивного выполнения резонатора с резонансным элементом из металла, размещенным в экранирующей полости, поперечный и продольный разрез относительно линии распространения СВЧ-сигнала, соответственно; на Фиг.8 - пример конструктивного выполнения резонатора с резонансным элементом из диэлектрического материала, размещенным в экранирующей полости; на Фиг.9 - устройство раздельного ввода СВЧ-сигнала, продольный разрез, на Фиг.10-11 – устройство раздельного ввода СВЧ-сигнала, поперечный разрез; на Фиг.12 – график зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) от частоты на входе первого частотного канала мультиплексора.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a layout of resonators and devices for separate input and general output of microwave signals for a multiplexer with three band-pass filters, general view; figure 2 is a schematic illustration of the design of the multiplexer in the context of aa in figure 1; figure 3 is a schematic illustration of the design of the multiplexer in the context of BB in figure 2; figure 4 is a schematic illustration of the design of the multiplexer in the context of BB in figure 2; figure 5 - amplitude-frequency characteristic of the multiplexer in the presence of a dielectric resonant element in devices for separate input of the microwave signal (solid line) and in its absence (dashed line); in FIG. 6, 7 - an example of a structural embodiment of a resonator with a resonant element of metal placed in a shielding cavity, a transverse and longitudinal section relative to the propagation line of the microwave signal, respectively; on Fig - an example of a structural embodiment of the resonator with a resonant element of a dielectric material placed in the shielding cavity; figure 9 is a device for separate input of a microwave signal, a longitudinal section, figure 10-11 is a device for separate input of a microwave signal, a cross section; on Fig is a graph of the dependence of the coefficient of the standing wave voltage (VSWR) on the frequency at the input of the first frequency channel of the multiplexer.

Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:

1 – корпус мультиплексора;1 - multiplexer case;

2 – устройство для раздельного ввода СВЧ-сигнала;2 - device for separate input of a microwave signal;

3 – устройство общего вывода СВЧ-сигнала;3 - device for the overall output of the microwave signal;

4 – суммирующий резонатор (трансформатор); 4 - summing resonator (transformer);

5 – отрезок прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний H₁₀устройства для раздельного ввода СВЧ-сигнала;5 - a segment of a rectangular waveguide with a working type of oscillation H ₁₀ device for separate input of a microwave signal;

6 – цепочка связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;6 - a chain of coupled resonators of a bandpass filter;

7 – резонансный элемент, выполненный в виде стержня из диэлектрического материала, расположенный в резонаторе цепочки полосно-пропускающего фильтра;7 - a resonant element made in the form of a rod of dielectric material located in the resonator of the bandpass filter chain;

8 – резонансный элемент, выполненный в виде металлического стержня, расположенный в резонаторе цепочки полосно-пропускающего фильтра; 8 - a resonant element made in the form of a metal rod located in the resonator of the bandpass filter chain;

9 – экранирующая полость резонатора;9 - shielding cavity of the resonator;

10 – регулировочный элемент перестройки частоты;10 - frequency tuning adjustment element;

11 – регулировочный элемент перестройки связи;11 - adjustment element of the adjustment of communication;

12 – плоская поперечная диафрагма, разделяющая резонаторы в цепочке полосно-пропускающего фильтра;12 is a flat transverse diaphragm separating the resonators in the chain of a bandpass filter;

13 – щель связи, выполненная в плоской поперечной диафрагме; 13 - communication gap made in a flat transverse diaphragm;

14 – первый ярус цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;14 - the first tier of a chain of coupled resonators of a band-pass filter;

15 – второй ярус цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра (15.1, 15.2, 15.3 – вторые ярусы цепочек связанных резонаторов первого, второго и третьего полосно-пропускающего фильтра соответственно);15 - the second tier of the chain of coupled resonators of the bandpass filter (15.1, 15.2, 15.3 - the second tier of the chain of coupled resonators of the first, second and third bandpass filter, respectively);

16 – металлическая перегородка, разделяющая резонаторы первого и второго ярусов цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;16 - a metal partition separating the resonators of the first and second tiers of a chain of coupled resonators of a band-pass filter;

17 – последний резонатор первого яруса цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;17 - the last resonator of the first tier of a chain of coupled resonators of a band-pass filter;

18 – первый резонатор второго яруса цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;18 - the first resonator of the second tier of a chain of coupled resonators of a band-pass filter;

19 – щель связи между последним резонатором первого яруса цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра и первым резонатором второго яруса данной цепочки;19 is a coupling gap between the last resonator of the first tier of a chain of coupled resonators of a band-pass filter and the first resonator of the second tier of this chain;

20 – входной резонатор (первый резонатор первого яруса) цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;20 - input resonator (first resonator of the first tier) of a chain of coupled resonators of a band-pass filter;

21 – выходной резонатор (последний резонатор второго яруса) цепочки связанных резонаторов полосно-пропускающего фильтра;21 - output resonator (the last resonator of the second tier) of a chain of coupled resonators of a band-pass filter;

22 – поперечная диафрагма, отделяющая устройства раздельного ввода СВЧ-сигналов от входных резонаторов и устройство общего вывода СВЧ-сигнала от суммирующего резонатора (общая плоская поперечная диафрагма);22 is a transverse diaphragm separating the device for separate input of microwave signals from the input resonators and the device for the total output of the microwave signal from the summing resonator (common flat transverse diaphragm);

23 – резонансный элемент устройства ввода СВЧ-сигнала;23 is a resonant element of the input device of the microwave signal;

24 – входная щель связи, выполненная в общей плоской поперечной диафрагме, связывающая устройство раздельного ввода СВЧ-сигнала и входной резонатор цепочки полосно-пропускающего фильтра;24 - input coupling slit made in a common flat transverse diaphragm, connecting the device for separate input of the microwave signal and the input resonator of the bandpass filter chain;

25 – выходная щель связи, выполненная в общей плоской поперечной диафрагме, связывающая суммирующий резонатор и устройство общего вывода СВЧ-сигнала;25 - output coupling slit made in a common flat transverse diaphragm, connecting the summing resonator and the device for the general output of the microwave signal;

26 – регулировочный элемент перестройки частоты устройства ввода СВЧ-сигнала;26 is an adjustment element of the frequency adjustment of the input device of the microwave signal;

27 – регулировочный элемент перестройки связи устройства ввода СВЧ-сигнала;27 is an adjustment element of a communication tuning device for inputting a microwave signal;

28 – регулировочный элемент перестройки связи устройства общего вывода СВЧ-сигнала;28 - adjustment element of the adjustment of the communication device of the overall output of the microwave signal;

29 - отрезок прямоугольного волновода с рабочим видом колебаний H₁₀устройства общего вывода СВЧ-сигнала.29 is a segment of a rectangular waveguide with a working form of oscillations H _{10 of the} device for the general output of the microwave signal.

СВЧ – мультиплексор содержит расположенные в металлическом прямоугольном корпусе 1, по крайней мере, три устройства раздельного ввода СВЧ-сигнала 2, устройство общего вывода СВЧ-сигнала 3, суммирующий резонатор 4 (трансформатор), выход которого связан со входом устройства общего вывода СВЧ-сигнала 3, и, по крайней мере, три параллельно расположенных полосно-пропускающих фильтра, каждый из которых на входе связан с соответствующим устройством раздельного ввода СВЧ-сигнала 2, а на выходе – с суммирующим резонатором 4. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройства ввода 2 и вывода 3 СВЧ-сигналов имеют вид отрезков прямоугольных волноводов 5, 29 с рабочим видом колебаний H₁₀, при этом число отрезков прямоугольных волноводов устройств ввода сигнала равно числу n частотных каналов мультиплексора. Конструктивное выполнение мультиплексора с тремя частотными каналами представлено на Фиг. 1-4. The microwave multiplexer contains at least three devices for separate input of the microwave signal 2 located in a metal rectangular case 1, a device for the general output of the microwave signal 3, a summing resonator 4 (transformer), the output of which is connected to the input of the device for the general output of the microwave signal 3, and at least three parallel-bandpass filters, each of which is connected at the input to a corresponding device for separate input of the microwave signal 2, and at the output, to a summing resonator 4. In a preferred embodiment those of the invention, the input device 2 and an output 3 of the microwave signals have the form of segments of rectangular waveguides 5, 29, a working view oscillations H _10, wherein the number of segments of rectangular waveguide device input signal is equal to the number n of the frequency channels of the multiplexer. A design of a multiplexer with three frequency channels is shown in FIG. 1-4.

Суммирующий резонатор 4 представляет собой закороченный (замкнутый) на концах отрезок волновода, расположенный перпендикулярно направлению распространения СВЧ-сигнала и имеющий длину, кратную половине длины волны СВЧ-сигнала, на которую настроен данный резонатор. При этом отрезок волновода суммирующего резонатора 4 имеет, преимущественно, прямоугольную форму поперечного сечения и характеризуется рабочим видом колебаний H_n01(где n - количество частотных каналов).The summing resonator 4 is a shorted (closed) segment of the waveguide located perpendicular to the direction of propagation of the microwave signal and having a length that is a multiple of half the wavelength of the microwave signal that this resonator is tuned to. In this case, the waveguide segment of the summing resonator 4 has a predominantly rectangular cross-sectional shape and is characterized by a working mode of oscillations H _n01 (where n is the number of frequency channels).

Полосно-пропускающие фильтры представляют собой параллельно установленные цепочки связанных резонаторов 6. Каждый из резонаторов цепочки представляет собой экранирующую полость 9, ограниченную в направлении распространения СВЧ-сигналов плоскими поперечными диафрагмами 12. В частных вариантах выполнения изобретения экранирующие полости могут быть выполнены прямоугольной, круглой, эллиптической, квадратной формы. В плоских поперечных диафрагмах 12 выполнены щели связи 13, расположенные в местах, соответствующих максимуму высокочастотного (ВЧ) электрического поля рабочего вида колебаний H_n01(где n - количество частотных каналов), возбуждаемого в суммирующем резонаторе 4. Посредством щелей связи 13 осуществляется электромагнитная связь между резонаторами. Форму и размеры щелей связи 13, а также толщину диафрагм 12 выбирают исходя из требуемых характеристик мультиплексора.The band-pass filters are parallel-mounted chains of coupled resonators 6. Each of the resonators of the chain is a shielding cavity 9 bounded in the direction of microwave propagation by flat transverse diaphragms 12. In particular embodiments of the invention, the shielding cavities can be made rectangular, round, elliptical , square shape. In the flat transverse diaphragms 12, communication slots 13 are made, located in places corresponding to the maximum of the high-frequency (HF) electric field of the working mode of oscillation H _n01 (where n is the number of frequency channels) excited in the summing resonator 4. By means of the communication slots 13, electromagnetic coupling between resonators. The shape and dimensions of the communication slots 13, as well as the thickness of the diaphragms 12, are selected based on the required characteristics of the multiplexer.

Резонаторы каждой из цепочек полосно-пропускающих фильтров снабжены резонансными элементами 7, 8 (внутренними проводниками), размещенными в экранирующих полостях 9, и регулировочными элементами перестройки частоты 10 и связи 11, расположенными в стенках резонаторов (при выполнении резонаторов прямоугольной формы – в их широких стенках) и обеспечивающими получение заданной формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в мультиплексоре, при этом регулировочные элементы перестройки связи 11 расположены в местах соединения соседних резонаторов цепочки. Резонансные элементы 7, 8 могут быть выполнены в виде стержней цилиндрической формы (в форме цилиндров) и могут быть закреплены непосредственно на металлическом корпусе 1 мультиплексора. В одном из вариантов осуществления изобретения, по крайней мере, часть резонансных элементов может быть выполнена из диэлектрика 7, а другая часть – из металла 8. В другом варианте осуществления изобретения все резонансные элементы могут быть выполнены из диэлектрика. В качестве материала диэлектрика может быть использован высокочастотный керамический материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε’<20, например алюмооксидная керамика. При этом резонансные элементы полосно-пропускающих фильтров, выполненные из высокочастотного керамического материала, могут быть закреплены на корпусе мультиплексора через дополнительные керамические элементы, выполненные, например, из кварца, для повышения температурной стабильности и улучшения их электрических и эксплуатационных свойств. The resonators of each of the chains of bandpass filters are equipped with resonant elements 7, 8 (internal conductors) located in the shielding cavities 9, and frequency adjustment elements 10 and communications 11 located in the walls of the resonators (when performing resonators of a rectangular shape - in their wide walls ) and providing a given shape of the amplitude-frequency characteristic (AFC) in the multiplexer, while the adjustment elements of the communication adjustment 11 are located at the junction of the neighboring reason tori chains. Resonance elements 7, 8 can be made in the form of cylindrical rods (in the form of cylinders) and can be mounted directly on the metal housing 1 of the multiplexer. In one embodiment of the invention, at least part of the resonant elements may be made of dielectric 7 and another part of metal 8. In another embodiment, all resonant elements may be made of dielectric. As the dielectric material, a high-frequency ceramic material with a relative dielectric constant ε ’<20, for example, alumina ceramic, can be used. In this case, the resonant elements of the band-pass filters made of high-frequency ceramic material can be fixed to the multiplexer body through additional ceramic elements made, for example, of quartz, to increase temperature stability and improve their electrical and operational properties.

Длины резонансных элементов 8 цепочки фильтров выбраны в пределах 50 - 80% четверти длины волны, поскольку резонансная частота без введения регулировочных элементов должна быть выше требуемой частоты для каждого резонатора фильтра.The lengths of the resonant elements 8 of the filter chain are selected within 50 - 80% of a quarter of the wavelength, since the resonant frequency without introducing adjusting elements must be higher than the required frequency for each filter resonator.

Резонаторы каждой цепочки 6 полосно-пропускающего фильтра расположены с образованием двух ярусов 14 и 15, что позволяет уменьшить габариты мультиплексора при большом числе каналов. При этом последний резонатор 17 первого яруса 14 электромагнитно связан с первым резонатором 18 второго яруса 15 посредством щели связи 19. Число резонаторов, расположенных в первом ярусе 14, может быть выбрано равным от двух до шести, а число резонаторов, расположенных во втором ярусе 15, может быть выбрано равным на единицу меньше, чем в первом, что обусловлено сохранением симметрии расположения устройств раздельного ввода и общего вывода СВЧ-сигналов при наличии суммирующего резонатора. Таким образом, общее число резонаторов в каждом полосно-пропускающем фильтре может варьироваться от трех до одиннадцати, исходя из требований, предъявляемых к амплитудно-частотной характеристике мультиплексора. Поскольку число резонансных элементов 7 и 8 определяет число резонансных звеньев фильтра, формирующих его частотную характеристику, то это число ограничено допустимым значением ослабления полезного сигнала в полосе пропускания фильтра и не превышает 11. The resonators of each chain 6 of the pass-pass filter are arranged with the formation of two tiers 14 and 15, which allows to reduce the dimensions of the multiplexer with a large number of channels. In this case, the last resonator 17 of the first tier 14 is electromagnetically coupled to the first resonator 18 of the second tier 15 through a communication gap 19. The number of resonators located in the first tier 14 can be selected from two to six, and the number of resonators located in the second tier 15, can be chosen equal to one less than in the first, which is due to the preservation of the symmetry of the arrangement of devices for separate input and general output of microwave signals in the presence of a summing resonator. Thus, the total number of resonators in each bandpass filter can vary from three to eleven, based on the requirements for the amplitude-frequency characteristic of the multiplexer. Since the number of resonant elements 7 and 8 determines the number of resonant links of the filter forming its frequency response, this number is limited by the permissible value of attenuation of the useful signal in the passband of the filter and does not exceed 11.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения резонаторы первого и второго ярусов расположены с образованием общей металлической перегородки 16 (стенки), разделяющей резонаторы, расположенные в первом и втором ярусах, при этом резонансные элементы 7, 8 могут быть закреплены непосредственно на металлической перегородке 16, а резонаторы в ярусах могут быть расположены друг напротив друга с совпадением осей резонансных элементов, закрепленных на их общей перегородке 16, либо со смещением относительно друг друга.In a preferred embodiment of the invention, the resonators of the first and second tiers are arranged to form a common metal partition 16 (wall) separating the resonators located in the first and second tiers, while the resonant elements 7, 8 can be mounted directly on the metal partition 16, and the resonators in tiers can be located opposite each other with the coincidence of the axes of the resonant elements mounted on their common partition 16, or with an offset relative to each other.

Волноводы устройств ввода 2 и вывода 3 СВЧ-сигналов отделены от входных резонаторов 20, установленных на входах цепочек связанных резонаторов и от суммирующего резонатора 4, общей плоской поперечной диафрагмой 22, формирующей узкие стенки отрезков 5, 29 прямоугольных волноводов устройств ввода и вывода СВЧ сигналов. При этом в диафрагме 22 выполнены входные щели связи 24, посредством которых осуществляется электромагнитная связь между устройствами ввода СВЧ-сигналов 2 и входными резонаторами 20, расположенными на входах цепочек связанных резонаторов, и выходная щель связи 25, посредством которой осуществляется электромагнитная связь между суммирующим резонатором 4 и устройством вывода СВЧ-сигнала 3. Расположение щелей связи 24 и 25 выбирают исходя из условия наилучшего согласования полосно-пропускающих фильтров с устройствами ввода и вывода СВЧ- сигналов (с достижением наименьшего значения КСВ в месте сопряжения устройства ввода с входным резонатором). Для конструкции трехканального мультиплексора общее число дополнительных щелей связи 24 равно трем. The waveguides of the input devices 2 and output 3 of the microwave signals are separated from the input resonators 20, installed at the inputs of the chains of coupled resonators and from the summing resonator 4, with a common flat transverse diaphragm 22, forming narrow walls of segments 5, 29 of the rectangular waveguides of the input and output devices of microwave signals. Moreover, in the diaphragm 22 there are input coupling slots 24, through which electromagnetic coupling between the microwave input devices 2 and input resonators 20 located at the inputs of the chains of coupled resonators, and an output coupling slit 25, through which electromagnetic coupling between the summing resonator 4 is performed and a microwave signal output device 3. The location of the communication slots 24 and 25 is selected based on the condition of the best matching of the pass-pass filters with the input and output devices of the microwave signal in (c achievement SWR least at the interface of the input device with the input resonator). For the design of a three-channel multiplexer, the total number of additional communication slots 24 is three.

Внутри отрезков волноводов 5 устройств раздельного ввода СВЧ-сигналов 2 установлены резонансные элементы 23, выполненные в виде цилиндров (стержней) из диэлектрического материала (например, высокочастотной керамики), играющие одновременно роль окон связи, и закрепленные на общей плоской поперечной диафрагме 22, например, посредством паевого соединения. Резонансная частота элемента 23 определяется величиной диэлектрической проницаемости материала цилиндра, его длиной и диаметром, а также расположением в прямоугольном волноводе 5. В предпочтительном варианте осуществления изобретения дополнительные резонансные элементы 23 закреплены в середине узких стенок волноводов 5, при этом их оси проходят через середины входных щелей связи 24, выполненных в общей плоской поперечной диафрагме 22, что обеспечивает наименьшие значения коэффициента стоячей волны (КСВН) и наилучшие условия согласования.Inside the segments of the waveguides 5 of the devices for separate input of microwave signals 2, resonant elements 23 are installed, made in the form of cylinders (rods) of dielectric material (for example, high-frequency ceramics), which simultaneously play the role of communication windows, and are mounted on a common flat transverse diaphragm 22, for example, through a unit connection. The resonant frequency of the element 23 is determined by the dielectric constant of the cylinder material, its length and diameter, as well as its location in the rectangular waveguide 5. In a preferred embodiment of the invention, additional resonant elements 23 are fixed in the middle of the narrow walls of the waveguides 5, while their axes pass through the middle of the entrance slots communication 24, made in a common flat transverse diaphragm 22, which provides the lowest values of the standing wave coefficient (VSWR) and the best matching conditions .

В широких стенках волноводов 5 устройств ввода СВЧ-сигналов 2 выполнены отверстия, предназначенные для размещения в них регулировочных элементов перестройки частоты 26 и связи 27, при этом отверстия выполнены таким образом, что их оси расположены перпендикулярно поверхности широких стенок волноводов. Отверстия для размещения регулировочных элементов перестройки частоты 26 и связи 27 могут быть снабжены резьбой. Регулировочные элементы перестройки частоты 26 и связи 27 могут быть выполнены в виде штырей или винтов, выполненных с возможностью перемещения в отверстиях широких стенок под прямым углом к резонансным элементам 23. При этом регулировочные элементы перестройки частоты 16 расположены вблизи свободных концов резонансных элементов 23 (в области максимума электрического поля). Аналогичным образом могут быть выполнены регулировочные элементы перестройки частоты 10 и связи 11, расположенные в стенках резонаторов полосно-пропускающих фильтров и суммирующего резонатора, а также регулировочный элемент перестройки связи 28 устройства вывода СВЧ-сигнала 3.Holes are made in the wide walls of the waveguides 5 of the input devices of the microwave signals 2, designed to accommodate the adjustment elements of the frequency tuning 26 and communication 27, the holes being made so that their axes are perpendicular to the surface of the wide walls of the waveguides. Holes for accommodating frequency adjustment 26 and communication 27 adjustment elements may be threaded. The adjustment elements of the frequency adjustment 26 and communication 27 can be made in the form of pins or screws, configured to move in the holes of the wide walls at right angles to the resonant elements 23. Moreover, the adjustment elements of the frequency adjustment 16 are located near the free ends of the resonant elements 23 (in the region maximum electric field). Similarly, the adjustment elements of the frequency tuning 10 and the connection 11 located in the walls of the resonators of the pass-band filters and the summing resonator, as well as the adjustment element of the tuning of the communication 28 of the microwave signal output device 3 can be performed.

Мультиплексор работает следующим образом. The multiplexer works as follows.

На отдельные устройства ввода СВЧ-сигнала 2, которые выполнены в виде отрезков прямоугольных волноводов 5 с рабочим видом колебаний H₁₀, а их число равно числу n частотных каналов мультиплексора, поступают СВЧ-сигналы, спектры которых занимают различные неперекрывающиеся полосы частот.Separate microwave signal input devices 2, which are made in the form of segments of rectangular waveguides 5 with a working mode of oscillation H ₁₀ , and their number is equal to the number n of frequency channels of the multiplexer, receives microwave signals whose spectra occupy different non-overlapping frequency bands.

Электромагнитная энергия, поступая по каждому из входных волноводов 5, возбуждает сначала дополнительные продольно установленные резонансные элементы 23, резонансные характеристики которых имеют максимумы на частотах среза амплитудно-частотной характеристики соответствующего фильтра. Далее происходит последовательное возбуждение связанных резонаторов первых ярусов 14 полосно-пропускающих фильтров мультиплексора и затем последовательное возбуждение связанных резонаторов вторых ярусов 15. Далее осуществляется передача электромагнитной энергии от выходных резонаторов полосно-пропускающих фильтров 21 (последних резонаторов в каждой цепочке), расположенных во втором ярусе 15, в суммирующий резонатор 4. При этом передача электромагнитной энергии от резонатора к резонатору осуществляется через щели связи 13, выполненные в поперечных диафрагмах 12. Суммирующий резонатор 4 передает высокочастотную энергию в виде общего группового сигнала, представляющего собой суперпозицию сигналов, поступивших в него из выходных резонаторов 21 фильтров, через выходную щель связи 25 на устройство общего вывода СВЧ-сигнала 3, которое осуществляет передачу группового СВЧ-сигнала в нагрузку. Получение заданной формы АЧХ в мультиплексоре обеспечивается за счет изменения положения регулировочных элементов перестройки частоты 10 и регулировочных элементов перестройки связи 11.The electromagnetic energy supplied through each of the input waveguides 5 first excites additional longitudinally mounted resonant elements 23, whose resonant characteristics have maxima at the cutoff frequencies of the amplitude-frequency characteristics of the corresponding filter. Next, sequential excitation of the coupled resonators of the first tiers 14 of the bandpass filters of the multiplexer takes place and then sequential excitation of the coupled resonators of the second tiers of 15. Next, electromagnetic energy is transmitted from the output resonators of the bandpass filters 21 (the last resonators in each chain) located in the second tier 15 , into the summing resonator 4. In this case, the transfer of electromagnetic energy from the resonator to the resonator is carried out through the communication slots 13 made transverse diaphragms 12. The summing resonator 4 transmits high-frequency energy in the form of a common group signal, which is a superposition of the signals received from the output resonators 21 of the filters through the output coupling slot 25 to the common output device of the microwave signal 3, which transmits a group microwave signal to the load. Obtaining a given shape of the frequency response in the multiplexer is provided by changing the position of the adjustment elements of the frequency adjustment 10 and the adjustment elements of the communication adjustment 11.

Диэлектрический резонансный элемент 23 реализует эффект резонансной согласованной поглощающей нагрузки: его связь с суммирующим резонатором через цепочку резонаторов фильтра эквивалентна подключению последовательного колебательного контура, состоящего из индуктивности резонансного элемента 23 и переменной емкости элемента перестройки частоты 26. На Фиг.5 представлена амплитудно-частотная характеристика мультиплексора при наличии диэлектрического резонансного элемента в устройствах раздельного ввода СВЧ-сигнала (сплошная линия) и при его отсутствии (пунктирная линия). На центральной частоте f_р цепочка резонаторов и резонансные элементы устройств ввода СВЧ-сигналов представляют собой чисто активные сопротивления, причем сопротивление резонансных элементов устройств ввода СВЧ-сигналов имеет максимальное значение и не шунтирует фильтр. При изменении частоты активная компонента полного сопротивления резонансных элементов устройств ввода СВЧ-сигналов уменьшается по величине, а реактивная компонента резко возрастает, то есть характер реактивностей резонансных элементов устройств ввода СВЧ-сигналов и основной фильтровой системы противоположный. При дальнейшем изменении частоты от f_р до f_н или f_в происходит сначала еще больший рост реактивных составляющих, а затем резкий спад и вблизи частот f_н, f_в опять наступает компенсация реактивностей. На этой частоте резонансные элементы устройств ввода СВЧ-сигналов представляют уже малое активное сопротивление, следствием чего является меньшая крутизна верхнего ската по сравнению с нижним.The dielectric resonant element 23 realizes the effect of the resonant matched absorbing load: its connection with the summing resonator through the filter resonator chain is equivalent to connecting a series oscillatory circuit consisting of the inductance of the resonant element 23 and the variable capacitance of the frequency tuning element 26. Figure 5 shows the amplitude-frequency characteristic of the multiplexer in the presence of a dielectric resonant element in devices for separate input of a microwave signal (solid line) and When its absence (dotted line). At the center frequency f _{p, the} chain of resonators and the resonant elements of the microwave signal input devices are purely active resistances, and the resistance of the resonant elements of the microwave signal input devices has a maximum value and does not bypass the filter. When the frequency changes, the active component of the impedance of the resonant elements of the input devices of microwave signals decreases in magnitude, and the reactive component increases sharply, that is, the nature of the reactivity of the resonant elements of the input devices of microwave signals and the main filter system is opposite. With a further change in the frequency from f _p to f _n or f _in , first there is an even greater increase in reactive components, and then a sharp decline and near the frequencies f _n , f _in again reactivity compensation occurs. At this frequency, the resonant elements of the input devices of the microwave signals already have a low active resistance, which results in a lower slope of the upper slope compared to the lower.

Изменяя в устройствах ввода 2 и вывода 3 СВЧ-сигналов положение регулировочных элементов перестройки частоты 26 и связи 27 можно перестраивать их частоту и условия связи с нагрузкой, что позволяет реализовать требуемый вид ската частотной характеристики фильтра. Волноводная конструкция вводов и выводов СВЧ-сигналов энергии, а также суммирующего резонатора обеспечивает устойчивость устройства к механическим нагрузкам при работе с уровнем выходной мощности больше 50 Вт на частотах выше 3-4 ГГц.By changing the position of the frequency tuning elements 26 and the communication 27 in the input devices 2 and the output 3 of the microwave signals, their frequency and the conditions of communication with the load can be tuned, which makes it possible to realize the required type of slope of the filter frequency response. The waveguide design of the inputs and outputs of the microwave energy signals, as well as the summing resonator, ensures the device's resistance to mechanical loads when operating with an output power level of more than 50 W at frequencies above 3-4 GHz.

Наибольшую крутизну ската можно получить, выбрав керамические резонансные элементы 23 с резонансными частотами f_н, f_в, соответствующими краям полосы пропускания фильтра. Изменением положения регулировочных элементов перестройки связи 27 можно добиться наилучших условий для согласования мультиплексора с нагрузкой. The greatest slope of the slope can be obtained by choosing ceramic resonant elements 23 with resonant frequencies f _n , f _in , corresponding to the edges of the filter passband. By changing the position of the adjustment elements of the communication adjustment 27, it is possible to achieve the best conditions for matching the multiplexer with the load.

Таким образом, мультиплексор осуществляет полосовую фильтрацию СВЧ-сигналов на раздельных частотных входах и сложение нескольких сигналов с раздельных частотных входов на общий выход. Он работает с увеличенным количеством частотных каналов при небольших габаритах и массе, увеличенной крутизне скатов его амплитудно-частотной характеристики и при повышенном уровне мощности группового СВЧ- сигнала. Будучи пассивным взаимным СВЧ-устройством, мультиплексор может решать также и обратную задачу разделения общего группового сигнала, поступающего на вход устройства, на несколько сигналов, спектры которых занимают различные неперекрывающиеся полосы частот, передавая их на отдельные выводы СВЧ-сигналов.Thus, the multiplexer performs band-pass filtering of microwave signals at separate frequency inputs and the addition of several signals from separate frequency inputs to a common output. It works with an increased number of frequency channels with small dimensions and mass, increased slope of the slopes of its amplitude-frequency characteristics and with an increased power level of a group microwave signal. Being a passive mutual microwave device, the multiplexer can also solve the inverse problem of dividing a common group signal fed to the input of the device into several signals whose spectra occupy different non-overlapping frequency bands, transmitting them to the individual outputs of the microwave signals.

Осуществление данного изобретения подтверждено примером конкретной реализации, описанным ниже.The implementation of the present invention is confirmed by the example of a specific implementation described below.

Был изготовлен макет мультиплексора, предназначенного для работы в Кu- диапазоне (17-18 ГГц) и включающего три полосно-пропускающих фильтра. Каждый из фильтров представлял собой цепочку из пяти электромагнитно связанных резонаторов, расположенных в два яруса: 3 резонатора – в первом ярусе, 2 - во втором, при этом резонаторы первых ярусов всех фильтров образовали первый ярус мультиплексора, состоящий из 9 резонаторов, а резонаторы вторых ярусов всех фильтров образовали второй ярус мультиплексора, расположенный над первым, и состоящий из 6 резонаторов. В первом, втором и пятом резонаторах каждой цепочки 6 были установлены резонансные элементы в виде металлических цилиндров 8, а в третьем и четвертом резонаторах - резонансные элементы в виде керамических цилиндров 7, при этом металлические цилиндры 8 были закреплены на широкой стенке волновода, являющейся общей металлической перегородкой 16 для резонаторов первого и второго ярусов, а диэлектрические цилиндры 8 – на противоположных широких стенках резонаторов (Фиг.1) При таком расположении резонансных элементов достигались наилучшие условия для осуществления электромагнитной связи между смежными резонаторами, расположенными на разных ярусах. Экранирующие полости с металлическими резонансными элементами 8 были выполнены квадратной формы (наиболее простая форма с точки зрения конструктивного выполнения). При этом для изготовления мультиплексора с двумя ярусами осуществляли его сборку из двух частей, одна из которых содержала резонаторы первого яруса, а вторая - резонаторы второго яруса. Обе части скреплялись винтами таким образом, что щели связи последних резонаторов первого яруса совпадали со щелями связи первых резонаторов второго яруса с образованием одной общей щели связи 19 и общей стенки 16 между резонаторами первого и второго ярусов одной цепочки. В качестве материала корпуса мультиплексора использовалась медь.A mock-up of a multiplexer designed for operation in the Ku-band (17-18 GHz) and including three band-pass filters was made. Each of the filters was a chain of five electromagnetically coupled resonators arranged in two tiers: 3 resonators - in the first tier, 2 - in the second, while the resonators of the first tiers of all filters formed the first tier of the multiplexer, consisting of 9 resonators, and the resonators of the second tiers All filters formed the second tier of the multiplexer, located above the first, and consisting of 6 resonators. In the first, second, and fifth resonators of each chain 6, resonant elements in the form of metal cylinders 8 were installed, and in the third and fourth resonators, resonant elements in the form of ceramic cylinders 7 were installed, while metal cylinders 8 were mounted on a wide wall of the waveguide, which is a common metal a partition 16 for the resonators of the first and second tiers, and the dielectric cylinders 8 on the opposite wide walls of the resonators (Figure 1) With this arrangement of the resonant elements, the best conditions were achieved ia for the implementation of electromagnetic coupling between adjacent resonators located on different tiers. Shielding cavities with metal resonant elements 8 were made square in shape (the simplest form in terms of design). Moreover, for the manufacture of a multiplexer with two tiers, it was assembled from two parts, one of which contained resonators of the first tier, and the second — resonators of the second tier. Both parts were fastened with screws in such a way that the coupling slots of the last resonators of the first tier coincided with the coupling slots of the first resonators of the second tier with the formation of one common coupling gap 19 and a common wall 16 between the resonators of the first and second tiers of the same chain. Copper was used as the material of the multiplexer case.

Волновое сопротивление коаксиальной линии, которую образовывали внешний (экранирующая полость) и внутренний (металлический резонансный элемент) проводники с отношением размеров D/d, было выбрано примерно равным 70-75 Ом. Это условие обеспечивало наивысшую собственную добротность резонатора. The wave resistance of the coaxial line formed by the external (shielding cavity) and internal (metal resonant element) conductors with a D / d size ratio was chosen to be approximately equal to 70-75 Ohms. This condition ensured the highest intrinsic Q factor of the resonator.

Размеры резонаторов, содержащих резонансные элементы, выполненные из металла, приведены на Фиг.6, 7, из диэлектрика - на Фиг.8. В качестве диэлектрического материала резонансных элементов 7 был выбран керамический материал – алюмооксидная керамика (ВК94-2) (высокоглиноземистая корундовая керамика), содержащая до 99,5% оксида алюминия (Al2O3), с диэлектрической проницаемостью, равной 8,6. Толщина диафрагм 12 была выбрана равной 1,5 мм.The dimensions of the resonators containing resonant elements made of metal are shown in Fig.6, 7, from a dielectric in Fig.8. As the dielectric material of the resonance elements 7, a ceramic material was chosen - alumina ceramic (VK94-2) (high alumina corundum ceramic) containing up to 99.5% alumina (Al2O3), with a dielectric constant of 8.6. The thickness of the diaphragms 12 was chosen equal to 1.5 mm.

Ввод СВЧ-энергии в каждом полосно-пропускающем фильтре осуществлялся при помощи прямоугольного волновода размером 13мм×6,5мм (Фиг.9). Связь с первыми резонаторами 20 в каждом из частотных каналов осуществлялась посредством входных щелей связи 20, выполненных в виде прямоугольных отверстий в общей плоской поперечной диафрагме 22. Выбором толщины диафрагмы 22 и размером прямоугольного отверстия была подобрана оптимальная добротность керамического резонатора в устройстве ввода СВЧ-сигнала, необходимая для согласования с нагрузкой.The input of microwave energy in each band-pass filter was carried out using a rectangular waveguide measuring 13 mm × 6.5 mm (Figure 9). Communication with the first resonators 20 in each of the frequency channels was carried out by means of communication input slots 20 made in the form of rectangular holes in a common flat transverse diaphragm 22. By choosing the thickness of the diaphragm 22 and the size of the rectangular hole, the optimal quality factor of the ceramic resonator in the microwave signal input device was selected, necessary to match the load.

Резонансные элементы 23 имели относительную диэлектрическую проницаемость, равную 8,6, и следующие геометрические размеры: диаметр - 4 мм, длину - 7 мм (исходя из условия, чтобы резонансная частота, без учета регулировочного элемента, была выше примерно на 20-30%). При этом резонансные элементы 23 были расположены в середине узкой стенки прямоугольных волноводов 5 ввода энергии, то есть находились в максимуме ВЧ электрического поля волноводов, возбуждаемого на виде колебаний H₁₀.Resonance elements 23 had a relative dielectric constant of 8.6 and the following geometric dimensions: diameter - 4 mm, length - 7 mm (based on the condition that the resonant frequency, without taking into account the adjusting element, be approximately 20-30% higher) . In this case, the resonant elements 23 were located in the middle of the narrow wall of the rectangular energy input waveguides 5, that is, they were at the maximum of the RF electric field of the waveguides excited in the form of H ₁₀ oscillations.

Регулировочные элементы перестройки частоты 10, 26 и регулировочные элементы перестройки связи 11, 27, 28 были выполнены в виде металлических винтов с резьбой М1,5.Frequency adjustment adjusting elements 10, 26 and communication adjustment adjustment elements 11, 27, 28 were made in the form of metal screws with M1.5 thread.

Индуктивность резонансного элемента 23 (диэлектрического стержня) вместе с емкостью регулировочного элемента перестройки частоты 26 образовывали перестраиваемый последовательный колебательный контур, шунтирующий полосно-пропускающий фильтр за пределами рабочей части амплитудно-частотной характеристики мультиплексора.The inductance of the resonant element 23 (dielectric rod) together with the capacity of the frequency adjustment adjusting element 26 formed a tunable sequential oscillatory circuit, bypassing the band-pass filter outside the working part of the amplitude-frequency characteristic of the multiplexer.

Для данного мультиплексора был получен график зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) от частоты сигнала для устройства ввода энергии вместе с первым резонатором для одного звена полосно-пропускающей фильтровой системы (Фиг.12), где fн, fв - нижняя и верхние частоты, определяющие полосовые свойства мультиплексора. Из графика видно, что в полосе пропускания мультиплексора, определяемой частотами fн, fв, величина КСВН не превышает 3.For this multiplexer, we obtained a graph of the dependence of the standing wave coefficient by voltage (VSWR) on the signal frequency for the energy input device together with the first resonator for one link of the pass-pass filter system (Fig. 12), where fн, fв are the low and high frequencies, determining the band properties of the multiplexer. The graph shows that in the passband of the multiplexer, determined by the frequencies fн, fв, the value of the VSWR does not exceed 3.

Также был построен график зависимости амплитуды выходного сигнала А от частоты f (Фиг.5). A graph was also plotted as a function of the amplitude of the output signal A versus frequency f (Figure 5).

Проведенные эксперименты показали, что наиболее высокие значения собственной добротности резонатора наблюдались в случае симметричного расположения керамического цилиндра 23 в середине узкой стенки волновода 5, когда его ось совпадает с серединой входной щели связи 24. The experiments showed that the highest intrinsic Q factors of the resonator were observed in the case of a symmetrical arrangement of the ceramic cylinder 23 in the middle of the narrow wall of the waveguide 5, when its axis coincides with the middle of the input coupling gap 24.

Результаты испытаний также показали, что при настройке керамических резонансных элементов 23 на границы полосы пропускания мультиплексора крутизна скатов его амплитудно-частотной характеристики существенно увеличивается. При этом уровень мощности группового СВЧ-сигнала на выходе мультиплексора был равен 400 Вт.The test results also showed that when tuning the ceramic resonant elements 23 to the boundaries of the passband of the multiplexer, the slope of the ramps of its amplitude-frequency characteristics increases significantly. At the same time, the power level of the group microwave signal at the output of the multiplexer was 400 W.

Таким образом, удалось разработать мультиплексор с уменьшенными в 1,5 раза габаритами по сравнению с прототипом, обеспечивающий сложение трех сигналов и обладающий АЧХ, характеризующейся крутизной скатов, увеличенной до 15 % и уровнем выходной мощности, превышающим более чем в 3 раза уровень выходной мощности у прототипа. Thus, it was possible to develop a multiplexer with dimensions reduced by 1.5 times compared with the prototype, which provides the addition of three signals and has a frequency response characterized by slope steepness increased to 15% and output power level exceeding the output power level by more than 3 times prototype.

Claims

1. A microwave multiplexer comprising at least three devices for separately inputting microwave signals located in one housing, a microwave output signal output device, a summing resonator, the output of which is connected to an input of the microwave output signal output device, of at least three parallel strips - passing filters, each of which is connected at the input to a corresponding device for separate input of microwave signals, and at the output, to a summing resonator, while the summing resonator is shorted at the ends of A transmission line cutter located perpendicular to the microwave signal propagation direction, and each of the band-pass filters is made in the form of a chain of coupled resonators, equipped with resonant elements and frequency and communication tuning adjustment elements, characterized in that the resonators of each band-pass filter chain are arranged with the formation of two tiers, while the output of the last resonator of the first tier is connected to the input of the resonator of the second tier through a communication gap, and the device is separate input of microwave signals and the output device of the microwave signal is made in the form of waveguides, separated from the respective input resonators of the chain of pass-band filters and summing resonator, a transverse diaphragm with communication slots, while the waveguide of each of the devices for separate input of microwave signals is equipped with a resonant element in in the form of a rod of dielectric material placed on the transverse diaphragm of the waveguide, and frequency and coupling adjustment elements placed in the waveguide wall, while th element is oriented along the direction of propagation of the microwave signal and configured to tune the frequency at the boundary of the multiplexer bandwidth; the summing resonator is made in the form of a shorted segment of the waveguide and is equipped with an adjustment element for tuning the frequency and communication; the output device of the common microwave signal is made in the form of a waveguide and is equipped with an adjustment element of the adjustment of communication.

2. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonant elements of the bandpass filters are made in the form of cylindrical rods of dielectric material and / or metal.

3. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonant elements of the bandpass filters are fixed to the multiplexer housing.

4. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonant elements of the bandpass filters are made of high-frequency ceramic material with a relative permittivity

'<20, for example from alumina ceramics.

5. The microwave multiplexer according to claim 4, characterized in that the resonant elements of the bandpass filters made of high-frequency ceramic material are fixed to the multiplexer housing through additional ceramic elements made, for example, of quartz.

6. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonant elements located in the resonators of the bandpass filter chain are mounted on the walls of the resonators that are common to the resonators of the first and second tiers of the chain.

7. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonant elements of the devices for separate input of microwave signals are made in the form of cylindrical rods.

8. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonant elements of the devices for separate input of microwave signals are mounted on a common flat transverse diaphragm so that their axes pass through the middle of the communication slots made in the transverse diaphragm.

9. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the number of coupled resonators of the bandpass filter is selected to be equal to from 2 to 11.

10. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the number of resonators located in the second tier of the chain of each of the band-pass filters is selected by one less than in the first tier.

11. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the summing resonator is a segment of a rectangular waveguide shorted at the ends with a working type of oscillation H _n01 (where n is the number of frequency channels), and the waveguides of devices for separate input and common output of the microwave the signals have a rectangular cross-sectional shape and are characterized by a working form of vibrations H ₁₀ .

12. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the adjustment elements of the frequency and communication adjustment are made in the form of metal screws.

13. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the device for the general output of the microwave signal contains a resonant element in the form of a rod of dielectric material mounted on a transverse diaphragm at the output of the summing resonator and oriented along the direction of propagation of the microwave signal.

14. The microwave multiplexer according to claim 1, characterized in that the resonators of the bandpass filters are made of a round, square or elliptical shape in projection on a horizontal plane.