Волноводный фильтр верхних частот

Авторы патента:

H01P1/20 - Волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов (работающие в оптическом диапазоне G02B; антенны H01Q; цепи, содержащие элементы с сосредоточенным полным сопротивлением H03H)

Владельцы патента RU 2517397:

Родин Юрий Валентинович (RU)
Палицин Алексей Валентинович (RU)

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в волноводных трактах высокой мощности в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат - обеспечение грубого измерения частоты мощного микроволнового излучения СВЧ-приборов и подавления внеполосных и паразитных колебаний. Фильтр представляет из себя отрезок прямоугольного волновода с фланцами и со встроенными в обе узкие стенки волновода и в одну из широких стенок волновода диафрагмами заданной высоты; в прорезанную неизлучающую щель на противоположной широкой стенке волновода встроена механически перестраиваемая по глубине погружения диафрагма, предназначенная для изменения частоты среза фильтра. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах высокой мощности для грубого измерения частоты мощного микроволнового излучения, а также для подавления внеполосных и паразитных колебаний. При разработке фильтров для грубого измерения частоты мощного микроволнового излучения особое внимание уделяется обеспечению высокой электропрочности, минимальным потерям в полосе пропускания, значительному подавлению паразитного СВЧ сигнала вне полосы пропускания (более 50 дБ), большой крутизне характеристики фильтра из режима подавления в режим пропускания. С помощью такого типа фильтра можно измерять частоту мощных СВЧ-приборов гигаваттного уровня мощности - релятивистских ЛОВ и ЛБВ, магнетронов, виркаторов и др. Чаще всего для этих целей используют фильтры на основе прямоугольного волновода с конусными согласующими переходами.

Известна конструкция волноводного фильтра верхних частот (ФВЧ), на основе прямоугольного волновода с конусными согласующими переходами (см. Линии передачи сантиметровых волн. Перевод с английского. Под редакцией Ремеза. Издательство Советское Радио. М.: 1951. с.249-251). В волноводе ниже определенной критической частоты волна экспоненциально затухает вдоль направления распространения, предельная частота называется критической частотой волновода и зависит от геометрии волновода и от типа волны. Фильтр, в котором имеет место аналогичное явление, называют волноводным фильтром на критической частоте, и для данного типа фильтров критическая частота и частота среза фильтра совпадают. Фильтр обладает рядом недостатков, таких как: сложность изготовления, отсутствие перестройки частоты среза.

В качестве ближайшего аналога выбран волноводный фильтр верхних частот на критической частоте, описанный в заявке JP 8204404 (A), 1996-08-09, WAVEGUIDE HIGH-PASS FILTER. В этом фильтре согласование закритического волновода с входным и выходным волноводами осуществляется с помощью диафрагм, встроенных во всю ширину узких стенок волновода, со ступенчатым изменением высоты диафрагмы. К недостаткам данного фильтра следует отнести следующее: он сложен и дорог в изготовлении; в нем отсутствует перестройка частоты среза, как и у описанного выше аналога.

Задачей, на которую направлено данное изобретение, является разработка волноводного фильтра верхних частот, имеющего перестройку частоты среза, простого и относительно дешевого в изготовлении.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый волноводный фильтр верхних частот, как и фильтр прототип, представляет из себя отрезок прямоугольного волновода с фланцами и со встроенными в узкие стенки волновода на всю ширину стенки волновода диафрагмами и обеспечивает согласование с входным и выходным волноводами.

Новым в предлагаемом перестраиваемом волноводном фильтре высоких частот является то, что диафрагмы в узких стенках волновода имеют постоянную заданную высоту, со стороны одной из широких стенок волновода также встроена диафрагма заданной высоты, со стороны противоположной ей широкой стенки волновода в прорезанную неизлучающую щель встроена механически перестраиваемая по глубине погружения диафрагма, а для улучшения согласования в полосе пропускания фильтра торцевые концы диафрагм скошены под углом.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На Фиг.1-3 представлен перестраиваемый волноводный фильтр верхних частот: на Фиг.1 - трехмерное изображение; Фиг.2 - сечение в вертикальной плоскости; Фиг.3 - сечение в горизонтальной плоскости.

Волноводный фильтр верхних частот состоит из отрезка прямоугольного волновода 1 с фланцами, двух диафрагм 2 и одной диафрагмы 3. Диафрагмы 2 и 3 впаяны в волновод 1 и имеют постоянную высоту. Кроме этого, в противоположной от диафрагмы 3 стенке волновода 1 в прорезанную неизлучающую щель встроена механически перестраиваемая по глубине погружения диафрагма 4, изменяющая частоту среза волноводного фильтра верхних частот. Щель, через которую вводится диафрагма 4, прорезана вдоль широкой стенки волновода 1 и является неизлучающей. Для улучшения согласования торцевые концы диафрагм 2, 3 и 4 скошены под углом.

Принцип работы предлагаемого волноводного фильтра верхних частот можно пояснить с помощью теории волноводов. Диафрагмы 2, 3 и 4 изменяют поперечное сечение прямоугольного волновода так, что он становится П или Н-образным (см. Л.А.Вайнштейн. Электромагнитные волны. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Радио и связь, 1988. 440 с. - с.154-155). Критическая частота такого волновода определяется не только поперечным размером волновода А, (зазор между диафрагмами 2), но и зазором Δ₂ между диафрагмой 3 и противоположной стенкой волновода. При наличии диафрагмы 4 Δ₂ есть величина зазора между диафрагмами 3 и 4. Изменяя зазор Δ₂ путем механического перемещения диафрагмы 4 можно перестраивать критическую частоту Н-образного волновода, которая в нашем случае является частотой среза волноводного фильтра верхних частот. Тогда коэффициент прохождения сигнала T (f) через волноводный фильтр верхних частот в зависимости от частоты сигнала f [Гц] можно представить в следующем виде

T(f)[дБ]=20 lgе^-к(f)L,

где $к (f) = Im ⌊ 2 π / c \sqrt{f^{2} - f_{к р}^{2}} ⌋$ - мнимая часть продольного волнового числа П- или Н-образного волновода с критической частотой f_кр [Гц], c [м/с] - скорость света в вакууме,

L [m] - длина волновода.

Изменение частоты среза волноводного фильтра верхних частот можно также пояснить следующим образом. Диафрагмы 2 со стороны боковых узких стенок являются аналогом индуктивностей, диафрагмы 3 и 4 со стороны широких стенок волновода являются аналогом последовательной емкости. Чем больше зазор Δ₁ между диафрагмами 2, тем больше индуктивность и ниже частота среза волноводного фильтра верхних частот. С другой стороны, чем больше емкостной зазор Δ₂ между диафрагмами 3 и 4, тем меньше емкость и больше частота среза волноводного фильтра верхних частот.

Подбором длин боковых диафрагм 2, 3 и 4, а также величин скоса их торцевых концов можно минимизировать потери (<2 дБ) в рабочей полосе частот волноводного фильтра верхних частот выше частоты среза, а также достичь относительно большого подавления (>50 дБ) вне его полосы пропускания.

Основное согласование волноводного фильтра верхних частот с входным и выходным волноводами осуществляется непосредственно за счет его конфигурации. За счет того, что торцевые концы диафрагм 2, 3 и 4 скошены под углом, происходит дополнительное согласование в полосе частот пропускания фильтра.

Опытный образец волноводного фильтра верхних частот был реализован в 3-сантиметровом диапазоне длин волн. Вариация глубины погружения диафрагмы 4 в пределах 0-3,5 мм позволила перестраивать частоту среза фильтра верхних частот в пределах от 0 до 20% от ее значения, не ухудшая существенно потери в его рабочей полосе (<2 дБ). При использовании в механизме перемещения диафрагмы 4 стандартного микрометрического винта обеспечивается точность установки частоты среза не хуже 10 МГц.

Электрическая прочность фильтра определяется в основном емкостным зазором Δ₂. Волноводный фильтр верхних частот был испытан на электропрочность в 3-сантиметровом диапазоне длин волн. При величине емкостного зазора Δ₂=6 мм между диафрагмой 3 и противоположной стенкой волновода 1 уровень импульсной мощности, при котором волноводный фильтр верхних частот показал работу без пробоев, составил ~150 кВт при длительности импульсов излучения 1,5 мкс.

Таким образом, предлагаемый волноводный фильтр верхних частот обеспечивает перестройку по частоте среза, не является сложным в изготовлении, обладает хорошей электрической прочностью, удовлетворяет условиям минимальных потерь в полосе пропускания и значительного подавления паразитного СВЧ сигнала вне полосы пропускания.

Набор таких перестраиваемых волноводных фильтров верхних частот с различными значениями частоты среза позволяет грубо измерять частоту микроволнового излучения. Наличие перестройки частоты среза фильтра позволяет минимизировать количество фильтров, необходимых для перекрытия требуемого диапазона частот. Например, для перекрытия диапазона частот 8-12 ГГц достаточно использовать два предлагаемых перестраиваемых волноводных фильтра верхних частот, каждый из которых обеспечивает плавную перестройку частоты среза с точность не хуже 10 МГц. Для сравнения, для перекрытия того же диапазона частот необходимо использовать девять неперестраиваемых фильтров-прототипов с частотами среза, отличающимися на 500 МГц.

Волноводный фильтр верхних частот предназначен для использования в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн. Использование специальной технологии изготовления диафрагм и посадочных мест для них в волноводе (например, методом электроэрозионной обработки) позволяет изготавливать фильтры предлагаемой конструкции для использования в миллиметровом диапазоне длин волн.

Волноводный фильтр верхних частот, представляющий из себя отрезок прямоугольного волновода с фланцами и со встроенными в узкие стенки волновода на всю ширину стенки волновода диафрагмами, обеспечивающий согласование с входным и выходным волноводами, отличающийся тем, что диафрагмы в узких стенках волновода имеют постоянную заданную высоту, со стороны одной из широких стенок волновода также встроена диафрагма заданной высоты, со стороны противоположной ей широкой стенки волновода в прорезанную неизлучающую щель встроена механически перестраиваемая по глубине погружения диафрагма, а для улучшения согласования в полосе пропускания фильтра торцевые концы диафрагм скошены под углом.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к управляемым ступенчатым аттенюаторам. Технический результат - управление аттенюатором одним сигналом управления, приходящим одновременно на все диоды, при сохранении низких потерь пропускания и одинаковой ФЧХ в «прямом» и «обходном» пути.

Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора // 2515696

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в резонансных СВЧ компрессорах в качестве устройства вывода энергии для формирования мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности.

Управляемый фазовращатель // 2515556

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации.

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения // 2513720

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней.

Широкополосный аттенюатор свч // 2513709

Настоящее изобретение относится к электронной технике. Технический результат изобретения заключается в увеличении ширины рабочей полосы частот, уменьшении величины коэффициента стоячей волны напряжения и уменьшении величины изменения фазы сигнала СВЧ при изменении постоянного управляющего напряжения при сохранении малой величины прямых потерь СВЧ.

Компактный у3ел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне и способ получения такого компактного узла возбуждения // 2511488

Изобретение относится к устройству создания круговой поляризации в антенне. Технический результат - снижение омических потерь и упрощение конструкции устройства.

Активный фазовращатель (варианты) // 2510980

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства.

Полосковая нагрузка // 2510901

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к устройствам сложения (деления) СВЧ сигналов, и может быть использовано для сложения (деления) СВЧ сигналов в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, в телевидении, в измерительной технике.

Малогабаритный фазовращатель свч-диапазона // 2510551

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

Фазовращатель // 2510106

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в антеннах с электронным сканированием луча. Создан новый тип отражательного СВЧ фазовращателя на основе многощелевой линии с развязкой СВЧ поля от управляющего напряжения.

Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов // 2517698

Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники и связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, в измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ЦАП) преобразователях. Технический результат: расширение диапазона рабочих частот устройства и повышение его быстродействия при работе с импульсными сигналами большой амплитуды. Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов содержит первый резистор (3), источник входного напряжения (4), включенный по переменному току между общей шиной (5) и входом устройства (1), второй резистор (6), включенный по переменному току между выходом устройства (2) и общей шиной (5), эквивалентную емкость нагрузки (7), включенную по переменному току между выходом устройства (2) и общей шиной (5), неинвертирующий повторитель напряжения (8) неинвертирующий повторитель тока (10), а между выходом неинвертирующего повторителя напряжения (8) и входом неинвертирующего повторителя тока (10) включен двухполюсник цепи коррекции (11). 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

Защитное устройство свч // 2517722

Изобретение относится к электронной технике, а именно к защитным устройствам СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - увеличение допустимой входной мощности, расширение рабочей полосы частот и снижение прямых потерь СВЧ. Для этого защитное устройство СВЧ содержит центральный проводник, первый и второй отрезки линии передачи, первый и второй полупроводниковые приборы, первый, второй и третий резисторы, две индуктивности, при этом оба отрезка линии передачи выполнены в виде отрезков одиночной линии передачи, каждый длиной, равной одной восьмой длины волны в отрезке линии передачи на центральной частоте рабочей полосы частот, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению центрального проводника, в качестве полупроводниковых приборов используют полевые транзисторы с барьером Шотки, одинаковые второй и третий резисторы выполнены с сопротивлением, на порядок большим волнового сопротивления центрального проводника. 4 ил.

Система многомембранной гибкой стенки для фильтров и мультиплексоров с технологией температурной компенсации // 2519536

Изобретение относится к системе гибкой стенки для СВЧ-фильтров с объемным резонатором, снабженным механическим устройством температурной компенсации, и может использоваться в области телекоммуникации. Достигаемый технический результат - снижение температурного градиента гибкого колпачка, снижение механических напряжений, поддержание эквивалентного теплового сопротивления. Система гибкой стенки для компонента фильтра или мультиплексора вывода с технологией термокомпенсации содержит по меньшей мере две расположенные друг над другом отдельные гибкие мембраны и каждая гибкая мембрана имеет центральную область(С), промежуточную область (I) и периферийную область (Р) торец к торцу, при этом гибкие мембраны термически и механически соединены в центральной области (С) и периферийной области (Р) и не соединены в промежуточной области (I). 3 н. и 14 з. п. ф-лы , 6 ил.

Узкополосный фильтр свч // 2520398

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в частотно-селективных цепях приемопередающих устройств СВЧ. Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение возможности независимой плавной подстройки избирательности частотной характеристики выше и ниже полосы пропускания без искажения характеристик в рабочей полосе, что позволяет эффективно подавлять сигналы помех, расположенных как симметрично, так и несимметрично, по обе стороны полосы пропускания фильтра. Результат достигается тем, что узкополосный фильтр СВЧ содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещен заземляющий экран, на другой стороне - микрополосковая структура, реализующая элементы фильтра с цепями связи. При этом микрополосковая структура включает шесть резонаторов, два конденсатора для подключения источника сигнала и нагрузки, пять конденсаторов для обеспечения электрической связи между соседними резонаторами, а также трансформатор на связанных линиях передачи, включенный двумя плечами между несоседними первым и третьим резонаторами, а два других его плеча замкнуты на заземляющий экран, а также подстроечный конденсатор, включенный между несоседними четвертым и шестым резонаторами. При этом связь между соседними первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым резонаторами - емкостного типа, связь между несоседними первым и третьим резонаторами - индуктивного типа и связь между несоседними четвертым и шестым резонаторами - емкостного типа. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Радиостанция для независимой работы 10 телефонными и 10 телеграфными каналами // 2523120

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в автоматизации управления антенным переключателем, обеспечении дуплексного режима при работе на одну антенну в режиме псевдослучайной перестройки рабочих частот (ППРЧ), повышении маневренности при обмене информацией, синхронизации радиостанций и их помехоустойчивости при совместной работе нескольких корреспондентов, увеличении пропускной способности радиостанций. В радиостанцию дополнительно введены антенный переключатель, преобразователь каналов передачи, преобразователь каналов приема, усилитель, блок из десяти аналого-цифровых преобразователей, блок из десяти цифроаналоговых преобразователей, блок из десяти фильтров, преобразователь каналов передачи данных, выключатель, блок аппаратуры передачи данных и десять выносных постов радиста-оператора. 9 з.п. ф-лы, 16 ил.

Частотно-развязывающее устройство // 2523206

Изобретение относится к технике сверхвысокой частоты (СВЧ) и предназначено для работы в качестве частотного делителя сигнала общего источника на два сигнала с различными диапазонами частот или частотного сумматора двух каналов мощного источника (или двух мощных источников), работающих в различных диапазонах частот. Технически результат - расширение функциональных возможностей, улучшение взаимной развязки источников, минимизация потерь полезного сигнала и повышение стабильности параметров при климатическом воздействии. Для этого частотно-развязывающее устройство для соединения нескольких источников или нагрузок, работающих на различных частотах, с общей нагрузкой или источником выполнено по микрополосковой технологии на печатной плате в виде микрополосковой структуры, включающей два разомкнутых кольца, каждое из которых имеет два плеча настройки и два согласованных входа, один из которых является общим для двух разомкнутых колец. Каждое плечо настройки заканчивается элементами настройки. При этом частотно-развязывающее устройство выполнено с возможностью одновременного использования в качестве частотного сумматора двух источников сигналов, работающих в различных частотных диапазонах, и общего источника, а также частотного делителя сигнала общего источника сигналов на два сигнала с различными диапазонами частот. 3 ил.

Детекторная головка // 2524847

Изобретение относится к полупроводниковой СВЧ-электронике и может быть использовано в детекторных головках с высокими требованиями прочности и устойчивости к внешним воздействиям. Технический результат заключается в упрощении ее конструкции, снижении трудоемкости изготовления и повышении пригодности к серийному производству. Для этого детекторная головка состоит из корпуса, выполненного в виде двух половинок: основания 1 и крышки 2, между которыми устанавливается полосковая плата 3. С основанием 1 электрически соединен корпус коаксиального разъема 4. В основании 1 выполнен сквозной волноводный канал 5, а в крышке 2 - короткозамыкатель 6. На полосковой плате 3 выполнены фильтр 7, представляющий собой фильтр низкой частоты (ФНЧ), и контактная площадка 8. Резистор 9 электрически соединен с корпусом с помощью проводников полосковой платы 3. Детекторный диод 10 приклеивается к проводникам полосковой платы 3 с помощью токопроводящего клея. По контуру земляных проводников на полосковой плате 3 расположены металлизированные переходные отверстия 11. По периметру основания 1 выполнен бортик 12. Сборка детекторной головки осуществляется при помощи винтов 13. Волноводно-полосковый переход образован участком платы 14 в зоне сквозного волноводного канала 5 и короткозамыкателя 6. Детекторный диод 10 соединен с корпусом детекторной головки посредством шлейфа 15. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Возбудитель волны те01 // 2524848

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к волноводной и антенной технике, и может быть использовано в волноводных линиях связи. Технический результат - уменьшение потерь за счет снижения относительного уровня мощности других типов волн, отличных от волны TE01, и конструктивное упрощение. Для этого возбудитель волны TE01 состоит из выходного круглого волновода со стенкой, закорачивающей выходной круглый волновод, образованный участком трубы с контактным фланцем и пристыкованной через плиту 2 плитой 3, в которой выполнено глухое отверстие 4. Вспомогательные волноводы, пристыкованные к боковой поверхности выходного круглого волновода, образованы плоскостью плиты 2 и пазами 5 прямоугольной формы, выполненными в плите 3. Модовый фильтр, установленный в выходном круглом волноводе, представляет собой плоскопараллельную структуру с отверстиями 6 связи, выполненными в плите 2 и расположенными концентрично к оси выходного круглого волновода. В выходной круглый волновод может быть установлен внутренный проводник 7, при этом внешняя поверхность внутреннего проводника 7 должна иметь электрический контакт с плитой 2 и плитой 3. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Механический свч переключатель // 2525110

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано для коммутации СВЧ-сигналов в фидерных трактах различного назначения, в частности при создании переключателя фидерных трактов. Технические результаты заключаются в увеличениях надежности и рабочей мощности при улучшении технологичности, уменьшении стоимости, а также в увеличении развязки. Для этого в механическом СВЧ переключателе, содержащем входной и выходные разъемы, центральный полосок, заземляющие пластины и диэлектрические пластины, установленные между центральным полоском и заземляющими пластинами, центральный полосок жестко связан с центральными проводниками входного и выходных разъемов, заземляющие пластины жестко связаны с внешними проводниками входного и выходных разъемов, а диэлектрические пластины выполнены подвижными и составлены, по крайней мере, из двух частей, имеющих разные эффективные диэлектрические постоянные. Кроме того, диэлектрические пластины, установленные между центральным полоском и заземляющими пластинами, могут быть выполнены, по крайней мере, из трех составных частей, имеющих разные эффективные диэлектрические постоянные. 1 з.п., 3 ил.

Поляризатор // 2526714

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в составе облучателей широкополосных антенных систем, работающих на волнах круговой поляризации. Технический результат - уменьшение уровня кроссполяризации за счет уменьшения отклонения абсолютной величины дифференциального фазового сдвига ортогональных волн линейной поляризации поляризатора от 90о градусов в широком диапазоне частот. Поляризатор содержит первый отрезок волновода, имеющий один элемент, предназначенный для преобразования волн линейной поляризации в волны круговой поляризации или волн круговой поляризации в волны линейной поляризации, продольная плоскость симметрии которого параллельна продольной плоскости симметрии первого отрезка волновода, и второй отрезок волновода, связанный с первым отрезком волновода и имеющий с ним общую ось симметрии. Во втором отрезке волновода имеется одно глухое цилиндрическое отверстие. В отверстии коаксиально установлен цилиндрический длинномерный элемент, проходящий внутрь волновода, выполненный из проводящего материала. Ось отверстия находится в продольной плоскости симметрии одного элемента, предназначенного для преобразования волн линейной поляризации в волны круговой поляризации или волн круговой поляризации в волны линейной поляризации. 17 з.п. ф-лы, 6 ил.