SU1058010A1

SU1058010A1 - Microwave filter

Info

Publication number: SU1058010A1
Application number: SU823389455A
Authority: SU
Inventors: Михаил Борисович Егоров; Вадим Борисович Казанский; Виталий Иванович Украинец
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1983-11-30

Description

Изобретение относитс к радиотехнике СВЧ и предназначено дл использовани в лини х передачи СВЧ энергии в качестве частотно-избирательного. и пол ризационного фильтра.The invention relates to microwave radio technology and is intended for use in microwave power transmission lines as frequency selective. and a polarization filter.

Известен сверхвысокочастотний фильтр, содержащий спиральные резонаторы 1 3.Known microwave filter containing spiral resonators 1 3.

Данный сверхвысокочастотный фильтр обеспечивает частотную и пол ризационную селекцию, но имеет ограниченную Ю рабочую полосу частот и частотную избирательность .This microwave filter provides frequency and polarization selection, but it has a limited operating frequency band and frequency selectivity.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс сверхвысокочастотный фильтр, содержащий 15 спиральные резонаторы, расположенные параллельно, и экраны, размещенные между ними и в которых выполнены отверсти св зи С2.The closest technical solution to the present invention is an ultra-high-frequency filter containing 15 spiral resonators arranged in parallel, and screens placed between them and in which communication holes C2 are made.

Наличие экранов несколько повыша- 20 ет избирательность.The presence of screens slightly increases the selectivity.

Недостатками известного сверхвысокочастотного фильтра вл ютс недостаточна избирательность в широком диапазоне частот дл электро- 25 магнитных волн с магнитной составл ющей , параллельной ос м спиральных резонаторов, и недостаточно широка полоса рабочих частот дл электромагнитных волн с ортогональной пол ри- ЗО зацией.The disadvantages of the known microwave filter are the lack of selectivity in a wide frequency range for electromagnetic waves with a magnetic component parallel to the axes of spiral resonators, and the operating frequency band for electromagnetic waves with orthogonal polarization is not wide enough.

Цель изобретени - повьшение иабирательности в широком диапазоне частот дл электромагнитных волн с магнитной составл ющей, параллельной ос м спи- с ральных резонаторов, и расширение полосы рабочих частот дл электромагнитных волн с ортогональной пол ризацией.The purpose of the invention is to increase the frequency in a wide range of frequencies for electromagnetic waves with a magnetic component parallel to the axis of the spiral resonators, and to expand the band of operating frequencies for electromagnetic waves with orthogonal polarization.

Дл достижени поставленной цели в сверхвысокочастотном фильтре,содержаидем спиральные резонаторы, располо- женные параллельно, и экраны, размещенные между ними и в которых выполнены отверсти св зи, в каждом спиральном резонаторе вьшолнены две продольные щели, лежащие в диаметрально про-45 тивоположных плоскост х, параллельных плоскости размещени осей спиральных резонаторов, кра экранов соединены с витками соседних спиральных резонаторов по кромкам продоль- 50 ных щелей, а отверсти св зи ориентировани перпендикул рно к ос м спиральных резонаторов и расположены между соседними виткалш спиральных резонаторов, причем период размеще- 55 ни отверстий св зи на пор док меньше рассто ни между ос ми соседних спиральных резонаторов, которое выбрано меньше минимальной длины -волны палocij рабочих частот,,To achieve this goal, a microwave filter containing spiral resonators arranged in parallel, and screens placed between them and in which communication holes are made, in each spiral resonator two longitudinal slits lying in diametrically opposite opposite planes x parallel to the plane of placement of the axes of the spiral resonators, the edges of the screens are connected with the turns of the adjacent spiral resonators along the edges of the longitudinal slots, and the orientation holes are perpendicular to the axis WASHING resonators and arranged between adjacent spiral resonators vitkalsh, wherein the period of 55 razmesche- audio communication holes on the order of less than the distance between the axes of adjacent spiral resonators, which is selected smaller than the minimum length of the working frequency -wave palocij ,,

На чертеже приведена конструкци сверхвысокочастотного фильтра.The drawing shows the construction of the microwave filter.

Сверхвысокочастотиый фильтр содержит спиральные резонаторы 1, расположенные параллель-но. В каждом 65The microwave filter contains spiral resonators 1 arranged in parallel. In each 65

спиральном резонаторе 1 выполнены две продольные щели 2, лехощие в диаметрально противоположных колост х , параллельных плоскости размещени осей спиральных резонаторов 1.the spiral resonator 1 has two longitudinal slits 2, which lie in diametrically opposite columns, parallel to the plane of placement of the axes of the spiral resonators 1.

Между спиральными резонаторами 1 размещены экраны 3, кра которых соединены,с витками соседних спиральных резонаторов 1 по кромкам продольных щелей 2. В экранах 3 выпнены отверсти 4 св зи, ориентированные перпендикул рно ос м спиральных резонаторов 1 и расположены меиоду соседними витками спиральных резонаторов 1, причем, период размещени отверстий 4 св зи на пор док меньше рассто ни между ос миScreens 3, the edges of which are connected with coils of adjacent spiral resonators 1 along the edges of the longitudinal slits 2, are placed between spiral resonators 1. In screens 3, communication holes 4, oriented perpendicular to the axis of spiral resonators 1, are located and are located by adjacent coils of spiral resonators 1, moreover, the placement period of the communication holes 4 is an order of magnitude less than the distance between the axes

,соседних-спиральных резонаторов 1, которое меньше минимальной длины воны полосы рабочих частот., neighboring-spiral resonators 1, which is less than the minimum length of the operating frequency band.

Сверхвысокочастотный фильтр работает следующим образом.The microwave filter works as follows.

Рассмотрим два случа взаимодейсви сверхвысокочастотного .фильтра ,с электромагнитными волнами; случай Н-пол ризации (магнитна составл юща параллельна ос м спиральных резонаторов 1), Е-пол ризаци ( электрическа ког-отонента ориентирована вдоль этого .направлени ).Let us consider two cases of the interaction of a superhigh-frequency filter with electromagnetic waves; the case of H-polarization (the magnetic component is parallel to the axis of the spiral resonators 1), E-polarization (the electrical co-component is oriented along this direction).

При взаимодействии с Н-пол ризованной волной магнитна составл юща в падающем токе направлена вдоль осей спиральных резонаторов , а электрическа - перпендикул рно им. За счет имеющего место выполнени и размещени экранов 3, а так же отверстий 4 св зи, наведенные СВЧ-токи проводимости не претерпе|вают разрьшов на поверхности экранов 3. При этом за счет выполненй условий, накладываеьфлх на соотношение размеров, экраны 3 с отверсти ми 4 св зи эквивалентны сплошным металлическим поверхност м. Дл даннс пол ризации экраны 3 выполн ют свое пр мое назначение: экранируют определенние области от проникновени электромагнитного излучени . За счет наличи электрического контакта между экранами 3 и спиральными резонаторами 1, электромагнитное поле в местах соединени краев экранов 3 с витками спиральных резонаторов 1, также не проникает (за счет навод щихс СВЧ-токов в этих местах ) во внутренние области под экраны 3. И только на витках спиральных резонаторов 1, гд вьшрлнены продольные щели 2 СВЧтоки терп т разрыв и падающее поле переизлучаетс во внутренние полости спиральных резонаторов 1, в которых и происходит дальнейшее распространение волны. За счет выбранных размеров элементов спиральных резонаторов 1 их внутренние полости вл ютс отражающими дл рассмдтриваемых переизлученных в эти полости волн. При этом волна, подойд к про дольным щел м 2 в спиральных резонаторах 1 с диаметрально противоположной стороны (назовем эту сторо ну устройства теневой J, частично отражаетс назад во внутренн эю полость спиральных резонаторов 1, а частично выходит через продольные щели 2. Дойд до продольных щелей 2 в витках спиральных резонаторов 1 через которые падающее поле переиз лучалось во внутреннюю полость, с этой волной происходит аналогичный , описанный выше процесс, т.е. во внутренних полост х спиральных резонаторов 1 устанавливаетс про ,цесс многократного переотражени электромагнитных волн, характерньй дл резо.нансных систем. К тому же, если прин ть во внимание токи смещени , имеющие место в местах выполнени продольных щелей 2 на витках спиральных резонаторов 1, то дл волн с данной пол ризацией падени спиральные резонаторы 1 можно считать электродинамически целостными . Таким образом, в рассматриваемой полости устанавливаетс сто ча волна. Если при этом диаметр спиральных резонаторов 1 по отношению к длине волны в резонансной полости имеет такое соотношение, что многократно переотраженные волны складываютс в фазе со стороны продольных щелей 2 теневой части, то имеет место условие интерференционного максимума, т.е. резонанса. В этом случае без учета оммических потерь падающее поле практически по ностью проходит через внутренние по лости спиральных резонаторов 1 и пе реизлучаетс в пространство в том же направлении, что и падающа волн Если же многократно переотраженн волны складываютс в противофазе, т падаквдее на него электромагнитное п ле отражаетс . При изменении длины волны падающего пол во внутренних полост х спиральных резонаторов 1 имеет место чередование синфазного и противофазного условий многократно переотраженных электромагнитных волн. Указанное условие обеспечивает широкий диапазон рабочих частот. Избирательность дл Н-пол ризованных волн определ етс шириной продольных щелей 2, выполненных в витках спирсшьных резонаторов 1, поперечными раз1.1ерами спиральных резонаторов 1, а также зависит от геометрических параметров отверстий св зи 4 в энране 3 и шага намотки. При взаимодействии предлагаемого устройства с ортогонально пол ризованными волнами, т.е. с волнами, у которых электрическа составл юща паргшлельна ос м спиральных резонаторов 1, наведенные СВЧ-токи проводимости , претерпевают разрьш. Так, СВЧ-токи претерпевают разрыв на от- . версти х 4 св зи в экранах 3 и волна переизлучаетс через эти отверсти 4 св зи во внутренннж) область под экраны 3. Взаимодейству со спиральными резонаторами 1 волна также переизлучаетс через них за счет того же разрыва СВЧ-токов. Частично поле проникает во внутренние полости спиральных резонаторов 1, из которых также |Как и из области ме щу спиральными резонаторами 1 через элементы витков спиральных резонаторов 1 и через отверсти .4 св зи в экранах 3 с теневой стороны (за d4eT того же разрыва СВЧ-токов ) волна переизлучаетс в пространство, сохран направление распространени падающего пол . При этом вплоть до сверхнизких частот нет ограничени полосы прозрачности дл падающих волн с данной пол ризацией. Б предлагаемом сверхвысокочастотном фильтре по сравнению с известным избирательность дл Н-пол ризованных волн повышаетс как минимум в -7 раз а полоса рабочих частот дл Н и Епол ризованных волн расшир етс до 200%.When interacting with an H-polarized wave, the magnetic component in the incident current is directed along the axes of the spiral resonators, and the electric component is perpendicular to them. Due to the location and placement of the screens 3, as well as the communication holes 4, the induced conduction currents do not undergo razreshov on the surfaces of the screens 3. At the same time, due to the fulfillment of the conditions imposed on the aspect ratio, the screens 3 with holes 4, the connections are equivalent to solid metallic surfaces. For polarization, the screens 3 perform their direct purpose: they shield certain areas from the penetration of electromagnetic radiation. Due to the presence of electrical contact between the screens 3 and the spiral resonators 1, the electromagnetic field at the junction of the edges of the screens 3 with the turns of the spiral resonators 1 also does not penetrate (due to the induced microwave currents in these places) into the internal areas under the screens 3. And only on the turns of the spiral resonators 1, where the longitudinal slits 2 of the microwave current are visible, the HF current suffers a discontinuity and the incident field is reradiated into the internal cavities of the spiral resonators 1, in which the further propagation of the wave occurs. Due to the selected dimensions of the elements of the spiral resonators 1, their internal cavities are reflective for the waves re-emitted into these cavities that are considered. In this case, the wave approaching the longitudinal slots m 2 in the spiral resonators 1 from the diametrically opposite side (let's call this side of the device shadow J, partially reflected back into the inner cavity of the spiral resonators 1, and partially goes through the longitudinal slits 2. Go to the longitudinal slots 2 in the turns of spiral resonators 1 through which the incident field is re-emitted into the internal cavity, a similar process described above occurs with this wave, i.e. a process is established in the internal cavities of the spiral resonators 1 of multiple reflections of electromagnetic waves, characteristic of reso nance systems.Also, if we take into account the bias currents that occur in the places of longitudinal slits 2 on the turns of spiral resonators 1, then for waves with a given incidence polarization, spiral resonators 1 can considered as electrodynamically holistic. Thus, a standing wave is established in the cavity in question. If the diameter of the spiral resonators 1 with respect to the wavelength in the resonant cavity has such a ratio that If multiple waves of reflection are added in phase from the side of the longitudinal slits 2 of the shadow part, then an interference maximum condition, i.e. resonance. In this case, without taking into account the ohmic losses, the incident field almost completely passes through the internal cavities of the spiral resonators 1 and is re-radiated into space in the same direction as the incident wave. But if the waves are repeatedly re-reflected, they are added in antiphase, t is reflected. With a change in the wavelength of the incident field in the internal cavities of the spiral resonators 1, the alternation of the in-phase and anti-phase conditions of multiply re-reflected electromagnetic waves takes place. The specified condition provides a wide range of operating frequencies. The selectivity for H-polarized waves is determined by the width of the longitudinal slits 2, made in the turns of the spin resonators 1, transverse sections of the spiral resonators 1, and also depends on the geometrical parameters of the connection holes 4 in Enran 3 and the winding pitch. When the proposed device interacts with orthogonally polarized waves, i.e. with waves in which the electrical component is parsed by the axis of the spiral resonators 1, the induced conduction currents undergo discharging. So, the microwave currents undergo a discontinuity from. Versions x 4 connections in shields 3 and the wave is re-emitted through these openings 4 connections to the internal) area under shields 3. Interaction with spiral resonators 1 wave is also re-emitted through them due to the same break of the microwave current. Partially the field penetrates into the inner cavities of spiral resonators 1, of which also | As from the area of the spiral spiral resonators 1 through the turns of the spiral resonators 1 and through the openings .4 of the connection in the screens 3 from the shadow side (for d4eT of the same microwave break currents) the wave is reradiated into space, preserving the direction of propagation of the incident field. At the same time, there is no limitation of the transparency band for incident waves with this polarization up to ultralow frequencies. In the proposed microwave filter compared with the known selectivity for H-polarized waves increases by at least -7 times and the band of operating frequencies for H and Polarized waves expands to 200%.

Claims

'' HIGH FREQUENCY FILTER containing spiral resonators located in parallel and screens placed between them and in which communication holes are made, characterized in that, in order to selectivity in a wide frequency range for electromagnetic :: waves with a magnetic component parallel to the axes of the spiral resonators , and the expansion of the working frequency band for electromagnetic waves with orthogonal polarization, in each spiral resonator there are two longitudinal slots lying diametrically opposed planes parallel to the plane of arrangement of the axes of the spiral resonators, the edges of the screens are connected to the turns of adjacent spiral resonators along the edges of the longitudinal slots, and the communication holes are oriented perpendicular to the axes g of the spiral resonators and are located between adjacent turns of spiral If resonators, and the period of - Λ the location of the communication holes is an order of magnitude smaller than the distance between the axes of the adjacent helical resonators, which q is chosen to be less than the minimum wavelength of the operating frequency band.