Перестраиваемый полосно-пропускающий волноводный фильтр для измерения частоты мощного микроволнового излучения



Перестраиваемый полосно-пропускающий волноводный фильтр для измерения частоты мощного микроволнового излучения
Перестраиваемый полосно-пропускающий волноводный фильтр для измерения частоты мощного микроволнового излучения
Перестраиваемый полосно-пропускающий волноводный фильтр для измерения частоты мощного микроволнового излучения

 


Владельцы патента RU 2421852:

Палицин Алексей Валентинович (RU)
Хозин Михаил Анатольевич (RU)
Родин Юрий Валентинович (RU)

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах для измерения частоты излучения мощных СВЧ-приборов гигаваттного уровня мощности - релятивистских ЛОВ и ЛБВ, магнетронов, виркаторов и др., а также для подавления внеполосных и паразитных колебаний. Предназначено для использования в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Техническим результатом является малый коэффициент отражения по мощности от резонатора на резонансной частоте, обеспечение высокой электропрочности, возможности широкой перестройки по частоте, наличие лишь одного рабочего резонанса в требуемой полосе частот, высокий коэффициент прохождения на резонансной частоте и постоянство относительной ширины полосы пропускания. Устройство позволяет исследовать изменение частоты микроволнового излучения в течение одного СВЧ-импульса, благодаря малой ширине полосы пропускания . Фильтр состоит из отрезка прямоугольного волновода с фланцами, четырех конических стержней, образующих резонатор с перестраивающим частоту резонатора поршнем, связанным с резонатором через круглое отверстие в широкой стенке, в которое впаяна втулка. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах высокой мощности для измерения частоты мощного микроволнового излучения, а также для подавления внеполосных и паразитных колебаний.

При разработке фильтров для измерения частоты мощного микроволнового излучения особое внимание уделяется обеспечению высокой электропрочности и наличию только одного резонанса в рабочей полосе частот, что необходимо для однозначного определения частоты мощных короткоимпульсных СВЧ-приборов гигаваттного уровня мощности - релятивистских ЛОВ и ЛБВ, магнетронов, виркаторов и др. При этом часто возникает задача исследования динамики изменения частоты в течение импульса, что требует использования фильтра с малой шириной полосы пропускания.

Известна конструкция волноводного полосно-пропускающего перестраиваемого фильтра с резонатором, выполненным в виде цилиндрических стержней (см. Д.П.Андреев, И.И.Гак, И.И.Цимблер. Механически перестраиваемые приборы СВЧ и разделительные фильтры. М.: Связь, 1973, с.81-85, 111-115). Существенным недостатком данного фильтра является то, что на резонансной частоте коэффициент отражения по мощности от резонатора, образованного цилиндрическими стержнями, составляет несколько процентов. Кроме того, другим недостатком конструкции данного фильтра является малый динамический диапазон (0,62λкр-0,69λкр) перестройки частоты резонатора в рабочей полосе длин волн.

В качестве ближайшего аналога выбран перестраиваемый полосно-пропускающий фильтр (см. SU №778591, МПК8 H01P 1/20, опубл. в БИ №6, февраль, 2010 г.), обеспечивающий по сравнению с указанной выше конструкцией фильтра больший динамический диапазон (0,54λкр-0,81λкр) перестройки частоты резонатора в рабочей полосе длин волн. Фильтр состоит из установленных взаимно перпендикулярно прямоугольного объемного резонатора с настроечным поршнем в одном торце и отрезка прямоугольного волновода, в смежной стенке которых выполнено отверстие. В волновод введены две прямоугольные диафрагмы, длина каждой из которых равна ширине широкой стенки волновода. Диафрагмы установлены в плоскостях поперечного сечения волновода с зазором у одной из широких стенок. При этом резонатор установлен на другой широкой стенке волновода, узкие стенки волновода и резонатора расположены в общих плоскостях, а отверстие в смежной стенке волновода и резонатора выполнено по всей ширине стенки между линиями стыка ее с диафрагмой.

Несмотря на очевидные достоинства данного фильтра - постоянство ширины полосы пропускания, больший динамический диапазон перестройки частоты резонатора в рабочей полосе длин волн, фильтр обладает и существенным недостатками - снижением электропрочности при уменьшении ширины полосы пропускания, что обусловлено наличием в конструкции фильтра диафрагм, уменьшающих сечение волновода в направлении электрического поля волны, например, в 3-сантиметровом диапазоне длин волн - до 1 мм при относительной ширине полосы пропускания . При величине относительной ширины полосы пропускания в данной конструкции фильтра происходили СВЧ-пробои на уровне мощности ~60 кВт при несущей частоте 9,24 ГГц, длительности СВЧ-импульса ~5 мкс. Кроме того, при реализации фильтра в 3-сантиметровом диапазоне в требуемой полосе частот наблюдалось несколько рабочих резонансов. Коэффициент отражения по мощности от резонатора данного фильтра на резонансной частоте, так же как и в аналоге, составляет несколько процентов.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является уменьшение коэффициента отражения по мощности от резонатора перестраиваемого полосно-пропускающего волноводного фильтра на резонансной частоте при обеспечении его высокой электропрочности, узкополосности и сохранении возможности перестройки по частоте в широком диапазоне.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый перестраиваемый полосно-пропускающий волноводный фильтр, как и фильтр-прототип, содержит отрезок прямоугольного волновода и резонатор с настроечным поршнем в одном торце.

Новым в предлагаемом перестраиваемом полосно-пропускающем волноводном фильтре является то, что резонатор образован четырьмя коническими стержнями, соединяющими широкие стенки волновода, и расположен симметрично относительно отверстия в широкой стенке волновода, через которое вводится настроечный поршень.

На фиг.1-3 представлена конструкция предлагаемого механически перестраиваемого полосно-пропускающего волноводного фильтра в разных проекциях.

Фильтр состоит из отрезка прямоугольного волновода 1 с фланцами, четырех конических стержней 2, соединяющих широкие стенки отрезка волновода 1 и образующих резонатор с перестраивающим частоту резонатора настроечным емкостным поршнем 3. Поршень 3 вводится в резонатор через круглое отверстие в широкой стенке отрезка волновода 1, в которое впаяна втулка 4.

Работу предлагаемого перестраиваемого полосно-пропускающего волноводного фильтра можно пояснить следующим образом. Образующие резонатор нерегулярности в виде конических стержней 2 имеют плавно изменяющееся поперечное сечение. Внесенные в поле падающей волны такие нерегулярности приводят к существенному (в несколько раз) уменьшению коэффициента отражения по мощности от резонатора на резонансной частоте, образованного четырьмя коническими стержнями 2, по сравнению с резонатором, образованным цилиндрическими стержнями (в фильтре аналоге), и резонатором в фильтре-прототипе, что является техническим результатом данного изобретения.

Ширина полосы пропускания фильтра определяется поперечным размером между коническими стержнями 2, расположенными перпендикулярно широкой стенке отрезка волновода 1. При малой ширине полосы пропускания конические стержни расположены достаточно близко к узкой стенке отрезка волновода 1, где электрическое поле мало, что и определяет высокую электропрочность конструкции предлагаемого фильтра. Продольное расстояние между стержнями 2 подобрано таким образом, чтобы в резонаторе возбуждалось одно продольное колебание в рабочей полосе частот. Резонатор расположен симметрично относительно отверстия в широкой стенке отрезка волновода 1. Перестройка частоты резонатора в рабочей полосе длин волн (0,54λкр-0,81λкр) осуществляется перемещением настроечного емкостного поршня 3. Центральная частота фильтра в полосе пропускания определяется расстоянием между поршнем 3 и нижней (на фиг.1, 2, 3) стенкой отрезка волновода 1.

Во всем диапазоне перестройки частоты зазор Δ между закругленным концом поршня 3 и нижней стенкой отрезка волновода 1 остается достаточно большим (, b - размер узкой стенки отрезка волновода 1), что обеспечивает высокую электрическую прочность этого узла фильтра. Например, при реализации разработанного фильтра в 3-сантиметровом диапазоне длин волн минимальный зазор между закругленным концом поршня 3 и нижней стенкой отрезка волновода 1 составляет не менее 6 мм. Фильтр испытан на уровне мощности ~250 кВт при длительности СВЧ-импульса ~5 мкс, частоте 9,24 ГГц и относительной полосе пропускания 0,5% (). При данных условиях пробоев не наблюдается.

При перестройке фильтра в диапазоне длин волн от 0,54λкр до 0,81λкр расстояние между поршнем 3 и верхней стенкой отрезка волновода 1 изменяется от 0 до 0,4b. Зависимость резонансной частоты фильтра от глубины погружения поршня 3 носит линейный характер (например, в 3-сантиметровом диапазоне длин волн - с коэффициентом ; при использовании в механизме перемещения поршня 3 стандартного микрометрического винта обеспечивается точность установки частоты не хуже 10 МГц). Среднеквадратичное отклонение резонансной частоты фильтра от линейной функции составляет порядка половины от ширины полосы пропускания фильтра.

Утечка мощности в паразитную ТЕМ-волну, возникающую в зазоре между поршнем 3 и внутренним отверстием во втулке 4, предотвращается наличием в предлагаемой конструкции фильтра дроссельного соединения поршня 3 и втулки 4 (см. фиг.1), что обеспечивает высокий коэффициент прохождения по мощности (0,7-0,9) в рабочей полосе частот.

В случае если добротность, связанная с омическими потерями (Q0), значительно превышает добротность, связанную с потерями энергии на излучение из объема резонатора (Qсв), коэффициент пропускания фильтра на центральной частоте при симметричном расположении резонатора относительно поршня определяется соотношением:

(Известно, что характерные значения омических добротностей Q0 в 3-сантиметровом диапазоне составляют порядка 5000-10000.)

К достоинству фильтра предлагаемой конструкции можно отнести возможность исследования изменения частоты микроволнового излучения в течение одного СВЧ-импульса благодаря довольно малой ширине полосы пропускания фильтра .

Таким образом, предлагаемый фильтр характеризуется малым коэффициентом отражения по мощности от резонатора на резонансной частоте (в несколько раз меньше, чем в аналоге и прототипе) и обеспечивает высокую электропрочность, возможность широкой перестройки по частоте, наличие лишь одного рабочего резонанса в требуемой полосе частот, высокий коэффициент прохождения на резонансной частоте и постоянство относительной ширины полосы пропускания.

Фильтр предназначен для использования в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн. Использование специальной технологии изготовления конических стержней малого диаметра (например, методом электроэрозионной обработки) позволяет изготовить фильтр предлагаемой конструкции для использования в миллиметровом диапазоне длин волн.

Перестраиваемый полосно-пропускающий волноводный фильтр для измерения частоты мощного микроволнового излучения, содержащий отрезок прямоугольного волновода и резонатор с настроечным поршнем в одном торце, отличающийся тем, что резонатор образован четырьмя коническими стержнями, соединяющими широкие стенки волновода, и расположен симметрично относительно отверстия в широкой стенке волновода, предназначенного для введения настроечного поршня.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ-электронике для аппаратуры наземного, воздушного и космического базирования.

Изобретение относится к технике СВЧ и может использоваться в антенно-фидерных устройствах в качестве оконечной согласованной нагрузки в коаксиальных, полосковых и микрополосковых СВЧ трактах с высоким уровнем мощности.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к аттенюаторам СВЧ на полупроводниковых приборах. .

Изобретение относится к области электронных технологий и описывает схему усовершенствованного фазовращателя, содержащего четыре pMOSFET и резистор или источник тока, при этом второй и третий pMOSFET управляются противофазными цифровыми сигналами управления, затворы первого и четвертого pMOSFET управляются высокочастотным входным сигналом, а при переключении противофазных цифровых сигналов управления фаза выходного сигнала изменяется на девяносто градусов, причем первый и третий pMOSFET соединены последовательно, при этом на исток первого pMOSFET подают напряжение питания (VCC), сток первого pMOSFET связан с истоком третьего pMOSFET, а сток третьего pMOSFET связан с выходом и резистором или источником тока, при этом затвор третьего pMOSFET управляется цифровым сигналом, второй и четвертый pMOSFETs соединены последовательно, при этом на исток второго pMOSFET подают напряжение питания (VCC), сток второго pMOSFET связан с истоком четвертого pMOSFET, а сток четвертого pMOSFET связан с выходом и резистором или источником тока, при этом затвор второго pMOSFET управляется цифровым сигналом.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции высокочастотных сигналов в радиотехнических устройствах и для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к переключателям СВЧ мощности, и может быть использовано для переключения СВЧ сигналов между каналами приема (передачи) в СВЧ приемниках (передатчиках).

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ электронике для аппаратуры наземного, воздушного и космического базирования; при создании фиксированных и аналоговых ослабителей мощности СВЧ сигналов, балансировки каналов электронной аппаратуры, согласования импендансов в межкаскадных СВЧ цепях, электронных антенных коммутаторов, автоматизированных комплексов радиоконтроля, управляемых компьютером или микроконтроллером, импульсных модуляторов, а также формирования сигналов со сложными видами модуляции.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно к аттенюаторам на полупроводниковых приборах. .

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в частотно-селективных устройствах измерительной техники. .

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для управления фазой СВЧ-сигналов в системах связи, радиолокации, различной измерительной и специальной радиоаппаратуре

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в частотно-селективных цепях приемопередающих устройств СВЧ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных трактах для коммутации СВЧ сигналов

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным элементам, и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике

Изобретение относится к электронной технике

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемных и передающих устройствах СВЧ

Изобретение относится к устройствам обработки и коммутации СВЧ-сигналов на полупроводниковых приборах и предназначено для использования в телекоммуникационных системах, электрически управляемых устройствах СВЧ-электроники, таких как полосовые или селективные фильтры, антенны, перестраиваемые генераторы

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для коррекции формы амплитудно-частотных характеристик широкополосных усилительных устройств и аттенюаторов, используемых в системах связи, телевидении и измерительном оборудовании
Наверх