RU2806696C1 - Waveguide ultranarrow microwave filter - Google Patents

Waveguide ultranarrow microwave filter Download PDF

Info

Publication number
RU2806696C1
RU2806696C1 RU2023113245A RU2023113245A RU2806696C1 RU 2806696 C1 RU2806696 C1 RU 2806696C1 RU 2023113245 A RU2023113245 A RU 2023113245A RU 2023113245 A RU2023113245 A RU 2023113245A RU 2806696 C1 RU2806696 C1 RU 2806696C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
pins
pin
inductive
filter
Prior art date
Application number
RU2023113245A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Вячеславович Комаров
Марат Айдынович Лукьянов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Application granted granted Critical
Publication of RU2806696C1 publication Critical patent/RU2806696C1/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: relates to the filters. The waveguide filter contains a regular section of a rectangular waveguide, an inductive diaphragm and a cylindrical inductive pin in the center of the waveguide, as well as two additional cylindrical inductive pins located between the central pin and the ends of the waveguide symmetrically with respect to the central pin. All three pins are located on the same axis along the direction of propagation of the main electromagnetic wave of the rectangular waveguide, the radius of the central pin is greater than the radii of the peripheral pins, and the distance from one of the side walls of the rectangular waveguide to the center of each pin is less than the same distance to the other side wall. In addition, all three pins have rectangular ribs, regular along the height of the waveguide and located along the longitudinal axis passing through the centers of the pins, and the central pin has two symmetrical ribs along this axis, and the peripheral pins have one rib each located opposite the first or second rib of the center pin, respectively.
EFFECT: reduction of the longitudinal size of the filter to a value of 2.3λ, providing a relative bandwidth of less than 0.1% and improving the matching in the bandwidth, as well as the ability to select the center frequency without tuning elements.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам сверхузкополосной фильтрации электромагнитных (ЭМ) сигналов микроволнового диапазона и предназначено для использования в радиоэлектронных системах наземной и космической связи, а также спутниковой навигации. Изобретение обладает высоким уровнем надежности при эксплуатации в условиях сильных внешних воздействий и может применяться, например, в составе устройств мультиплексирования сигналов.The invention relates to devices for ultra-narrowband filtering of electromagnetic (EM) signals in the microwave range and is intended for use in radio-electronic systems of terrestrial and space communications, as well as satellite navigation. The invention has a high level of reliability when operating under conditions of strong external influences and can be used, for example, as part of signal multiplexing devices.

В выходных мультиплексорах бортовых радиоэлектронных комплексов спутниковых систем связи и глобального позиционирования чаще всего находят применение СВЧ-фильтры, выполненные на стандартных прямоугольных волноводах (ПрВ) или на объемных прямоугольных или цилиндрических резонаторах с неоднородностями в виде диафрагм, металлических штырей или ребер с подстроечными элементами [СВЧ-фильтры и мультиплексоры для систем космической связи / Под ред. В.П. Мещанова - М.: Радиотехника, 2017]. При этом они могут иметь как волноводные, так и коаксиальные элементы связи с внешними СВЧ-цепями. Наличие волноводных элементов ввода и вывода электромагнитной (ЭМ) энергии является важнейшим фактором успешного использования таких СВЧ-фильтров в выходных мультиплексорах систем космической связи. Известно несколько технических решений таких высокоизбирательных фильтров.In the output multiplexers of onboard radio-electronic complexes of satellite communication and global positioning systems, microwave filters are most often used, made on standard rectangular waveguides (RW) or on volumetric rectangular or cylindrical resonators with inhomogeneities in the form of diaphragms, metal pins or ribs with tuning elements [microwave -filters and multiplexers for space communication systems / Ed. V.P. Meshchanova - M.: Radio engineering, 2017]. Moreover, they can have both waveguide and coaxial coupling elements with external microwave circuits. The presence of waveguide elements for input and output of electromagnetic (EM) energy is the most important factor for the successful use of such microwave filters in output multiplexers of space communication systems. Several technical solutions for such highly selective filters are known.

К примеру, известна конструкция СВЧ-фильтра с волноводными элементами связи [US Patent №5012211. Low-loss wide-band microwave filter / F.A. Young, R.K. Rikimaru, 1991], реализованного в виде каскадного соединения нескольких цилиндрических резонаторов с металлическими диафрагмами между ними, имеющими крестообразную апертуру. Как показано в [Cogollos S., et al. A systematic design procedure of classical dual-mode circular waveguide filters using an equivalent distributed model // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012. V.60. N 4. P. 1006-1017], двухрезонаторная конструкция данного фильтра демонстрирует полосу пропускания 27 МГц вблизи центральной частоты 10.5 ГГц. Хотя такой фильтр обладает высокой добротностью, но для подстройки его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приходится использовать специальные металлические штыри, предусмотренные в его конструкции. Кроме того, для согласования цилиндрических резонаторов с волноводными элементами связи необходимы дополнительные резонансные диафрагмы.For example, the design of a microwave filter with waveguide coupling elements is known [US Patent No. 5012211. Low-loss wide-band microwave filter / F.A. Young, R.K. Rikimaru, 1991], implemented in the form of a cascade connection of several cylindrical resonators with metal diaphragms between them having a cross-shaped aperture. As shown in [Cogollos S., et al. A systematic design procedure of classical dual-mode circular waveguide filters using an equivalent distributed model // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012. V.60. N 4. P. 1006-1017], the two-cavity design of this filter demonstrates a passband of 27 MHz near the center frequency of 10.5 GHz. Although such a filter has a high quality factor, to adjust its amplitude-frequency response (AFC), it is necessary to use special metal pins provided in its design. In addition, to match cylindrical resonators with waveguide coupling elements, additional resonant diaphragms are required.

Еще одна конструкция узкополосного фильтра Х-диапазона на базе стандартного ПрВ с размерами поперечного сечения (а × b=23 × 10 мм, где а и b - размеры широкой и узкой стенки волновода соответственно) описанная в [Shang X., Lancaster M.J., Dimov S. Microwave waveguide filter with broadside wall slots // Electronics Letters. 2015. V.51. N 5. P. 401-403] с шестью индуктивными диафрагмами и продольной щелью шириной 2 мм, прорезанной в широкой стенке ПрВ, обладает относительной полосой пропускания 2%. Данный фильтр прост в реализации и имеет хорошие электродинамические характеристики, но при передаче сигналов высокого уровня мощности из-за продольной щели могут иметь место паразитные излучения, для предотвращения которых требуется дополнительная экранировка устройств.Another design of a narrowband X-band filter based on a standard PRV with cross-sectional dimensions ( a × b = 23 × 10 mm, where a and b are the dimensions of the wide and narrow waveguide walls, respectively) described in [Shang X., Lancaster MJ, Dimov S. Microwave waveguide filter with broadside wall slots // Electronics Letters. 2015. V.51. N 5. P. 401-403] with six inductive diaphragms and a longitudinal slot 2 mm wide, cut in the wide wall of the PrV, has a relative bandwidth of 2%. This filter is simple to implement and has good electrodynamic characteristics, but when transmitting high-power signals, spurious radiation may occur due to the longitudinal slot, which requires additional shielding of the devices to prevent.

Другая структура узкополосного СВЧ-фильтра для выходных мультиплексоров с относительной полосой пропускания 0.47% и коэффициентом стоячей волны по напряжению КСВН=1.9 и вносимыми потерями порядка 1 дБ на центральной частоте 11.483 ГГц описана в [Qian L., et al. A narrowband 3-D printed invar spherical dual-mode filter with high thermal stability for OMUXs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2022. V.70. N 4. P. 2165-2173]. Несмотря на компактные размеры и весьма узкую полосу пропускания, тем не менее, фильтр не обеспечивает необходимый уровень согласования и потерь.Another structure of a narrowband microwave filter for output multiplexers with a relative bandwidth of 0.47% and a voltage standing wave ratio VSWR=1.9 and insertion losses of the order of 1 dB at a center frequency of 11.483 GHz is described in [Qian L., et al. A narrowband 3-D printed invar spherical dual-mode filter with high thermal stability for OMUXs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2022. V.70. N 4. P. 2165-2173]. Despite its compact size and very narrow bandwidth, the filter does not provide the required level of matching and loss.

Узкополосный фильтр на ПрВ WR90 (а × b=23 × 10 мм) длиной 68 мм с несколькими цилиндрическими штырями одинакового радиуса разработанный для X-диапазона частот в [Tomassoni С., Sorrentino R. A new class of pseudo-elliptic waveguide filters using resonant posts // IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2012. Montreal, Canada. P. 1-3] с центральной частотой 8.5 ГГц показал уровень согласования КСВН=1.1 и вносимые потери на уровне 0.4 дБ, а также относительную полосу пропускания 2.3%. При этом часть штырей являются емкостными, что ограничивает уровень рабочих мощностей из-за опасности возникновения пробоя в зазорах образованных стенкой волновода и штырями.Narrowband filter on PRV WR90 ( a × b=23 × 10 mm) 68 mm long with several cylindrical pins of the same radius developed for the X-band frequencies in [Tomassoni S., Sorrentino R. A new class of pseudo-elliptic waveguide filters using resonant posts // IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2012. Montreal, Canada. P. 1-3] with a center frequency of 8.5 GHz showed a matching level of VSWR = 1.1 and insertion loss of 0.4 dB, as well as a relative bandwidth of 2.3%. At the same time, some of the pins are capacitive, which limits the level of operating power due to the risk of breakdown in the gaps formed by the waveguide wall and the pins.

Структура волноводного полосового фильтра и ряд его модификаций с центральной частотой 10 ГГц предложенный в [Zhao P., Wu K. Waveguide filters with central-post resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2020. V.30. N 7. P. 657-660] включает в себя три резонатора на базе стандартного ПрВ WR90, один из которых имеет емкостной прямоугольный штырь, сформированных индуктивными диафрагмами. Имея компактные размеры х × у × z=41 × 60 × 10 мм и полосу пропускания 200 МГц, данный фильтр, тем не менее, не обладает необходимой электрической прочностью для передачи мощных СВЧ-сигналов из-за наличия емкостного штыря в его конструкции. Кроме того, полоса пропускания 200 МГц не позволяет отнести его к категории высокоизбирательных фильтров.The structure of a waveguide bandpass filter and a number of its modifications with a central frequency of 10 GHz proposed in [Zhao P., Wu K. Waveguide filters with central-post resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2020. V.30. N 7. P. 657-660] includes three resonators based on the standard PrV WR90, one of which has a capacitive rectangular pin formed by inductive diaphragms. Having compact dimensions x × y × z = 41 × 60 × 10 mm and a bandwidth of 200 MHz, this filter, however, does not have the necessary electrical strength to transmit powerful microwave signals due to the presence of a capacitive pin in its design. In addition, the 200 MHz bandwidth does not allow it to be classified as a highly selective filter.

Известна структура сверхузкополосного волноводного фильтра [Fedi G. et al. Design of cylindrical posts in rectangular waveguide by neural network approach // IEEE Antennas and Propagation Society Symposium Digest. 2000. Salt-Lake City. USA. P. 1054-1057], реализованного на ПрВ с двумя индуктивными штырями большого радиуса, ориентированными вдоль продольной оси волновода и смещенными к одной из его боковых стенок. Обладая малыми размерами, такой фильтр позволяет получать один высокодобротный резонанс, формирующий его АЧХ, но для перестройки центральной частоты приходится менять все его внутренние размеры.The structure of an ultra-narrowband waveguide filter is known [Fedi G. et al. Design of cylindrical posts in rectangular waveguide by neural network approach // IEEE Antennas and Propagation Society Symposium Digest. 2000. Salt-Lake City. USA. P. 1054-1057], implemented on a PrV with two inductive pins of large radius, oriented along the longitudinal axis of the waveguide and shifted to one of its side walls. Being small in size, such a filter allows one to obtain one high-Q resonance, which forms its frequency response, but to adjust the central frequency, all its internal dimensions have to be changed.

Наиболее близким к заявляемому устройству можно считать пятирезонаторный полосовой фильтр на стандартном волноводе WR112 (а × b=28.5 × 12.2 мм) с металлическими вставками в Е-плоскости [СВЧ-фильтры и мультиплексоры для систем космической связи / Под ред. В.П. Мещанова - М.: Радиотехника, 2017]. Фильтр предназначен для передачи сигналов высокого уровня мощности в полосе частот 7949.5…7535 МГц (относительная полоса пропускания 0.5%) в составе трехканального выходного мультиплексора. Отражение сигнала в полосе пропускания не превышает 17.8 дБ, а затухание сигнала составляет 1.7 дБ. Общая длина фильтра 190 мм. Для обеспечения необходимых электродинамических характеристик конструкция прототипа предусматривает наличие элементов подстройки в виде металлических штырей. Главными недостатками прототипа являются: большой продольный размер фильтра, составляющий 4.57λ, где λ - длина волны на центральной частоте, высокое отражение в полосе пропускания (КСВН=1.3), высокий уровень затухания сигнала и наличие элементов подстройки.The closest to the claimed device can be considered a five-cavity bandpass filter on a standard waveguide WR112 ( a × b = 28.5 × 12.2 mm) with metal inserts in the E-plane [Microwave filters and multiplexers for space communication systems / Ed. V.P. Meshchanova - M.: Radio engineering, 2017]. The filter is designed for transmitting high-power signals in the frequency range 7949.5...7535 MHz (relative bandwidth 0.5%) as part of a three-channel output multiplexer. The signal reflection in the passband does not exceed 17.8 dB, and the signal attenuation is 1.7 dB. The total length of the filter is 190 mm. To ensure the necessary electrodynamic characteristics, the prototype design provides for the presence of adjustment elements in the form of metal pins. The main disadvantages of the prototype are: the large longitudinal size of the filter, amounting to 4.57λ, where λ is the wavelength at the central frequency, high reflection in the passband (VSWR = 1.3), high level of signal attenuation and the presence of tuning elements.

Задачей изобретения является создание компактного волноводного СВЧ-фильтра без элементов подстройки с улучшенным уровнем согласования и передачи СВЧ-сигналов высокого уровня мощности в более узкой полосе частот.The objective of the invention is to create a compact waveguide microwave filter without adjustment elements with an improved level of matching and transmission of high-power microwave signals in a narrower frequency band.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение продольного размера фильтр до величины 2.3λ, обеспечение относительной полосы пропускания менее 0.1% и улучшение согласования в полосе пропускания, а также возможность выбора центральной частоты без элементов подстройки.The technical result of the claimed invention is to reduce the longitudinal size of the filter to a value of 2.3λ, provide a relative bandwidth of less than 0.1% and improve matching in the passband, as well as the ability to select the center frequency without adjustment elements.

Поставленная задача достигается тем, что в волноводном фильтре, включающем регулярный отрезок прямоугольного волновода, индуктивную диафрагму и цилиндрический индуктивный штырь в центре волновода, а также два дополнительных цилиндрических индуктивных штыря, расположенные между центральным штырем и концами волновода симметрично относительно центрального штыря. Согласно предлагаемому решению, все три штыря располагаются на одной оси вдоль направления распространения основной электромагнитной волны прямоугольного волновода, радиус центрального штыря больше радиусов периферийных штырей, а расстояние от одной из боковых стенок прямоугольного волновода до центра каждого штыря меньше аналогичного расстояния до другой боковой стенки. Кроме того, все три штыря имеют прямоугольные ребра, регулярные вдоль высоты волновода и расположенные вдоль продольной оси, проходящей через центры штырей, причем центральный штырь имеет два симметричных ребра вдоль этой оси, а периферийные штыри имеют по одному ребру, расположенному напротив первого или второго ребра центрального штыря соответственно.This task is achieved by the fact that in a waveguide filter, which includes a regular section of a rectangular waveguide, an inductive diaphragm and a cylindrical inductive pin in the center of the waveguide, as well as two additional cylindrical inductive pins located between the central pin and the ends of the waveguide symmetrically relative to the central pin. According to the proposed solution, all three pins are located on the same axis along the direction of propagation of the main electromagnetic wave of the rectangular waveguide, the radius of the central pin is greater than the radii of the peripheral pins, and the distance from one of the side walls of the rectangular waveguide to the center of each pin is less than the same distance to the other side wall. In addition, all three pins have rectangular fins, regular along the height of the waveguide and located along a longitudinal axis passing through the centers of the pins, with the central pin having two symmetrical ridges along this axis, and the peripheral pins each having one ridge located opposite the first or second fin the central pin accordingly.

Предлагаемая совокупность признаков решения позволяет возбудить два высокодобротных колебания и сформировать чебышевскую АЧХ, соответствующую сверхузкополосному фильтру второго порядка с низкими потерями на отражение в полосе пропускания и высокими потерями в полосе отражения. При этом радиус центрального штыря может определяться соотношением: 0.34а≤R≤0.36а, где а - размер широкой стенки ПрВ, а радиус периферийных штырей - соотношением: 0.28а≤r≤0.29а. Расстояние между осями периферийных штырей вдоль направления распространения электромагнитной волны ПрВ может составлять: 0.651≤s≤0.75Z, L - длина фильтра. Ширина каждого из двух элементов индуктивной диафрагмы в направлении перпендикулярном направлению распространения волны может определяться из соотношения: 0.2а≤h≤0.22а. Расстояние от боковой стенки волновода до линии, на которой располагаются оси всех трех индуктивных штырей радиусом r и R может составлять величину d, определяемую из соотношения: 0.52а≤d≤0.54а. В общем случае металлические ребра всех трех штырей могут быть выполнены разного размера: w1 ≠ w2 ≠ w3, и определяться из соотношений: The proposed set of solution features allows us to excite two high-Q oscillations and form a Chebyshev frequency response corresponding to a second-order ultra-narrowband filter with low reflection losses in the passband and high losses in the reflection band. In this case, the radius of the central pin can be determined by the ratio: 0.34 a ≤R≤0.36 a , where a is the size of the wide wall of the PrV, and the radius of the peripheral pins - by the ratio: 0.28 a ≤r≤0.29 a . The distance between the axes of the peripheral pins along the direction of propagation of the electromagnetic wave PrV can be: 0.651≤s≤0.75Z, L is the length of the filter. The width of each of the two elements of the inductive diaphragm in the direction perpendicular to the direction of wave propagation can be determined from the relationship: 0.2 a ≤h≤0.22 a . The distance from the side wall of the waveguide to the line on which the axes of all three inductive pins with radii r and R are located can be the value d, determined from the ratio: 0.52 a ≤d≤0.54 a . In general, the metal ribs of all three pins can be made of different sizes: w 1 ≠ w 2 ≠ w 3 , and determined from the relations:

Диафрагма может быть выполнена толщиной t, определяемой из соотношения: 0.03≤t≤0.04.The diaphragm can be made with a thickness t, determined from the ratio: 0.03≤t≤0.04.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На Фиг. 1 показана трехмерная структура фильтра, а на Фиг. 2 - размеры фильтра в плоскости xz. Фиг. 3 демонстрирует один из вариантов конструкции фильтра с полыми цилиндрами в качестве индуктивных штырей вместо сплошных цилиндров.The present invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows the three-dimensional structure of the filter, and FIG. 2 - filter dimensions in the xz plane. Fig. 3 shows one filter design with hollow cylinders as inductive pins instead of solid cylinders.

Позициями на Фиг. 1 обозначены:Reference numbers in FIG. 1 are marked:

1 - регулярный отрезок ПрВ;1 - regular segment PrV;

2 - центральный индуктивный штырь;2 - central inductive pin;

3 - металлические ребра штырей;3 - metal ribs of pins;

4 - периферийные штыри;4 - peripheral pins;

5 - металлические ребра штырей;5 - metal ribs of pins;

6 - индуктивная диафрагма.6 - inductive diaphragm.

Буквенные обозначения на Фиг. 2:Letter designations in Fig. 2:

r - радиус периферийного штыря;r is the radius of the peripheral pin;

w - ширина ребра штыря;w is the width of the pin edge;

l - длина ребра штыря;l is the length of the pin edge;

h - длина индуктивной диафрагмы; t - ширина индуктивной диафрагмы;h is the length of the inductive diaphragm; t is the width of the inductive diaphragm;

d - расстояние от узкой стенки волновода до центра металлических штырей;d is the distance from the narrow wall of the waveguide to the center of the metal pins;

L - длина фильтра;L - filter length;

S - расстояние между центрами переферийных штырей;S is the distance between the centers of the peripheral pins;

а - длина широкой стенки волновода.a is the length of the wide wall of the waveguide.

Волноводный фильтр включает регулярный отрезок прямоугольного волновода 1, центральный индуктивный штырь 2 с металлическими ребрами 3, два периферийных индуктивных штыря 4 с металлическими ребрами 5, расположенных на одной оси с центральным индуктивным штырем 2 и индуктивную диафрагму 6. При этом периферийные индуктивные штыри 4 выполняются одинаковыми и расположенными на одной оси вдоль направления распространения основной волны ПрВ с центральным индуктивным штырем 2 на расстоянии от боковой стенки не равном половине размера широкой стенки прямоугольного волновода. Центральный индуктивный штырь 2 и индуктивная диафрагма 6 выполняются в центре ПрВ. Центральный индуктивный штырь 2 имеет два металлических ребра 3 симметричных относительно его вертикальной оси и расположенных на одной линии с периферийными штырями 4, имеющих по одному металлическому ребру 5.The waveguide filter includes a regular section of a rectangular waveguide 1, a central inductive pin 2 with metal fins 3, two peripheral inductive pins 4 with metal fins 5 located on the same axis with the central inductive pin 2, and an inductive diaphragm 6. In this case, the peripheral inductive pins 4 are made identical and located on the same axis along the direction of propagation of the main wave of the PrV with a central inductive pin 2 at a distance from the side wall not equal to half the size of the wide wall of the rectangular waveguide. The central inductive pin 2 and the inductive diaphragm 6 are located in the center of the PrV. The central inductive pin 2 has two metal fins 3 symmetrical relative to its vertical axis and located in line with the peripheral pins 4, each having one metal fin 5.

Заявляемое устройство работает следующим образом. На входе фильтра распространяется основная волна Ню прямоугольного волновода 1, которая после многократных переотражений от неоднородностей в виде индуктивных штырей 2 и 4, а также индуктивной диафрагмы 6 и поступает на выход, возбуждая в фильтре два колебания, резонансы которых формируют чебышевскую АЧХ. При этом для перестройки центральной частоты фильтра достаточно выполнить ребра с размерами, определяемыми соотношениями, указанными ранее.The inventive device operates as follows. At the input of the filter, the main wave Hu of rectangular waveguide 1 propagates, which, after multiple reflections from inhomogeneities in the form of inductive pins 2 and 4, as well as inductive diaphragm 6, arrives at the output, exciting two oscillations in the filter, the resonances of which form the Chebyshev frequency response. In this case, to adjust the central frequency of the filter, it is enough to make ribs with dimensions determined by the ratios indicated earlier.

Для подтверждения достижения технического результата было проведено численное моделирование методом конечных элементов заявляемого фильтра на базе стандартного волновода WR112 (а=28.5 мм, b=12.6 мм) и были установлены геометрическое параметры устройства, определяемые соотношениями: r=0.2877а, R=0.3509а, s=0.7L, L=2.807а, h=0.2105а, d=0.5263а, s=1.965а, t=0.035а (Фиг. 4). При этом длина волны на центральной частоте: l=1.2208а, а продольный размер фильтра вдоль оси z составил: L=2.3L В данном случае был рассмотрен частный случай конструкции фильтра, у индуктивных штырей которого отсутствуют ребра: w1=w2=w3=0, В результате численного анализа было показано, что такой фильтр обеспечивает согласование в относительной полосе частот 0.06% (5.17 МГц) на уровне КСВН=1.17 и потери на затухание не хуже, чем 0.9 дБ.To confirm the achievement of the technical result, numerical modeling was carried out using the finite element method of the proposed filter based on the standard WR112 waveguide ( a = 28.5 mm, b = 12.6 mm) and the geometric parameters of the device were established, determined by the relations: r = 0.2877 a , R = 0.3509 a , s=0.7L, L=2.807 a , h=0.2105 a , d=0.5263 a , s=1.965 a , t=0.035a (Fig. 4). In this case, the wavelength at the central frequency: l = 1.2208a, and the longitudinal size of the filter along the z axis was: L = 2.3L In this case, we considered a special case of a filter design whose inductive pins have no ribs: w 1 =w 2 =w 3 =0, As a result of numerical analysis, it was shown that such a filter provides matching in a relative frequency band of 0.06% (5.17 MHz) at a VSWR level of 1.17 and attenuation losses no worse than 0.9 dB.

Конечно-элементное моделирование другой модификации фильтра того же размера с металлическими ребрами на индуктивных штырях: w1…3=0.03509а, показало (Фиг. 5) увеличение центральной частоты на 82.9 МГц. При этом данный фильтр демонстрирует максимальное значение КСВН=1.12 в полосе пропускания, относительная величина которой составляет 0.059%, а затухание на центральной частоте не хуже, чем 0.96 дБ, то есть его электродинамические параметры остаются практически без изменений.Finite element modeling of another modification of the filter of the same size with metal fins on inductive pins: w 1…3 =0.03509 a , showed (Fig. 5) an increase in the central frequency by 82.9 MHz. Moreover, this filter demonstrates a maximum value of VSWR = 1.12 in the passband, the relative value of which is 0.059%, and the attenuation at the central frequency is no worse than 0.96 dB, that is, its electrodynamic parameters remain practically unchanged.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется улучшенными по сравнению с прототипом электродинамическими характеристиками, обеспечивает высокую надежность при эксплуатации под действием сильных внешних воздействий и передачу в сверхузкой полосе частот СВЧ энергии высокого уровня мощности, а также имеет простую конструкцию без элементов подстройки и более компактные, чем у прототипа размеры.Thus, the claimed technical solution is characterized by improved electrodynamic characteristics compared to the prototype, provides high reliability during operation under the influence of strong external influences and transmission of high-power microwave energy in an ultra-narrow frequency band, and also has a simple design without adjustment elements and is more compact than the prototype has dimensions.

Claims (4)

1. Волноводный сверхузкополосный фильтр микроволнового диапазона, включающий регулярный отрезок прямоугольного волновода, центральный индуктивный штырь с двумя прямоугольными ребрами, два периферийных индуктивных штыря, каждый с одним ребром, ориентированные вдоль одной линии в направлении распространения электромагнитной волны в волноводе, симметрично относительно центрального штыря, и центральную индуктивную диафрагму, отличающийся тем, что радиус центрального индуктивного штыря больше радиусов периферийных штырей, расстояние от одной из боковых стенок волновода до центра каждого штыря меньше аналогичного расстояния до другой боковой стенки и ребра периферийных штырей располагаются напротив ребер центрального штыря.1. A waveguide ultra-narrowband microwave filter, including a regular section of a rectangular waveguide, a central inductive pin with two rectangular fins, two peripheral inductive pins, each with one fin, oriented along one line in the direction of propagation of the electromagnetic wave in the waveguide, symmetrically relative to the central pin, and a central inductive diaphragm, characterized in that the radius of the central inductive pin is greater than the radii of the peripheral pins, the distance from one of the side walls of the waveguide to the center of each pin is less than the same distance to the other side wall, and the ribs of the peripheral pins are located opposite the ribs of the central pin. 2. Волноводный сверхузкополосный фильтр микроволнового диапазона по п. 1, отличающийся тем, что все три индуктивных штыря, входящих в его конструкцию, выполняются в виде полых цилиндров.2. Waveguide ultra-narrowband microwave filter according to claim 1, characterized in that all three inductive pins included in its design are made in the form of hollow cylinders. 3. Волноводный сверхузкополосный фильтр микроволнового диапазона по п. 1, отличающийся отсутствием металлических ребер всех трех индуктивных штырей, входящих в его конструкцию.3. Waveguide ultra-narrowband microwave filter according to claim 1, characterized by the absence of metal fins of all three inductive pins included in its design. 4. Волноводный сверхузкополосный фильтр микроволнового диапазона по п. 2, отличающийся отсутствием металлических ребер всех трех индуктивных штырей, входящих в его конструкцию.4. Waveguide ultra-narrowband microwave filter according to claim 2, characterized by the absence of metal fins of all three inductive pins included in its design.
RU2023113245A 2023-05-22 Waveguide ultranarrow microwave filter RU2806696C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806696C1 true RU2806696C1 (en) 2023-11-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1019710A (en) * 1963-07-19 1966-02-09 Standard Telephones Cables Ltd A microwave branching filter
JP2004088248A (en) * 2002-08-23 2004-03-18 Japan Radio Co Ltd Dielectric body mode filter and its manufacturing method
CN101563809A (en) * 2006-12-22 2009-10-21 凯瑟雷恩工厂两合公司 High frequency filter with closed circuit coupling
WO2018190272A1 (en) * 2017-04-11 2018-10-18 株式会社フジクラ Band-pass filter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1019710A (en) * 1963-07-19 1966-02-09 Standard Telephones Cables Ltd A microwave branching filter
JP2004088248A (en) * 2002-08-23 2004-03-18 Japan Radio Co Ltd Dielectric body mode filter and its manufacturing method
CN101563809A (en) * 2006-12-22 2009-10-21 凯瑟雷恩工厂两合公司 High frequency filter with closed circuit coupling
WO2018190272A1 (en) * 2017-04-11 2018-10-18 株式会社フジクラ Band-pass filter

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aghayari, H., Nourinia, J., Ghobadi, C., & Mohammadi, B. Realization of dielectric loaded waveguide filter with substrate integrated waveguide technique based on incorporation of two substrates with different relative permittivity. AEU - International Journal of Electronics and Communications, 86, 17-24. doi:10.1016/j.aeue.2018.01.008; 2018 г. *
Kiyotoshi Yasumoto. Analysis of Electromagnetic Bandgap Based Filters in a Rectangular Waveguide // IEICE Transactions on Electronics 89-C(9):1324-1329. September 2006 г. *
M. Albooyeh. Wideband Dual Posts Waveguide Band Pass Filter //INTERNATIONAL JOURNAL OF MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY, VOL.2, NO.3, JULY 2007 г. Aghayari, H., Nourinia, J., & Ghobadi, C. Incorporated substrate integrated waveguide filters in propagative and evanescent mode: Realization and comparison. AEU - International Journal of Electronics and Communications, 91, 150-159. doi:10.1016/j.aeue.2018.05.008, 2018 г. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6037541A (en) Apparatus and method for forming a housing assembly
US11031664B2 (en) Waveguide band-pass filter
US10205209B2 (en) Multi-band bandpass filter
US8981880B2 (en) Waveguide band-pass filter with pseudo-elliptic response
GB2117980A (en) Dual polarisation signal waveguide device
Jaschke et al. A Ka-band substrate-integrated waveguide diplexer with wide frequency spread
US7746190B2 (en) Polarization-preserving waveguide filter and transformer
Pelliccia et al. Very-compact waveguide bandpass filter based on dual-mode TM cavities for satellite applications in Ku-band
Danaeian Miniaturized half-mode substrate integrated waveguide diplexer based on SIR–CSRR unit-cell
Zhao et al. Monolithic multiband coaxial resonator-based bandpass filter using stereolithography apparatus (SLA) manufacturing
US5254963A (en) Microwave filter with a wide spurious-free band-stop response
Zhu et al. A compact waveguide quasi-elliptic dual-band filter
Chen Short-circuit tuning method for singly terminated filters
JP2002084101A (en) Filter, multiplexer, and communicating device
Ossorio et al. Rectangular waveguide quadruplet filter for satellite applications
RU2806696C1 (en) Waveguide ultranarrow microwave filter
Zhu et al. Triple-band dielectric resonator bandpass filters
Zhu et al. Compact triple-band bandpass filters using rectangular waveguide resonators
Dad et al. Design and performance comparison of a novel high Q coaxial resonator filter and compact waveguide filter for millimeter wave payload applications
Golzar et al. Orthogonal-mode dual-band rectangular waveguide filters
RU2740684C1 (en) Tunable band-stop (rejection) waveguide filter
EP1581980B1 (en) Waveguide e-plane rf bandpass filter with pseudo-elliptic response
US6879226B2 (en) Waveguide quardruple mode microwave filter having zero transmission
JPS63232602A (en) Resonance filter
Zhu et al. Design of dual-mode loop resonator-based microwave diplexers with enhanced performance