Результат интеллектуальной деятельности: Режекторный волноводный СВЧ-фильтр

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к СВЧ устройствам, и может быть использовано при создании селективных узлов различного функционального назначения.

Известно устройство режекторного волноводного фильтра, образованное волноводной линией передачи, электромагнитно связанной элементом связи с резонатором бегущей волны («Характеристики резонаторов сверхвысоких частот с нерезонансным просачиванием мощности» В.И Егоров. Известия вузов. Радиофизика. Том LIII. №8. С.; 93-503). Устройство функционирует как режекторный фильтр относительно волновых процессов в волноводной линии передачи.

Недостатком фильтра является относительно высокий уровень нерезонансного возмущение СВЧ сигналов в полосе пропускания режекторного фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство режекторного волноводного многозвенного СВЧ-фильтра, каждое звено которого работает на своей частоте и образовано волноводным резонатором, электромагнитно связанным с волноводом волноводной линией прямоугольного поперечного сечения с волной Н₀₁ при помощи отверстия в широкой стенке, противоположная внутренняя широкая стенка волновода выполнена с выступами по всей ширине волновода и их геометрические параметры, соответствуют требуемым амплитудно-частотным характеристикам и размещены вдоль волновода на расстояниях от λ/4 до к λ/2 (см. Патент РФ №2399997, МКИ Н01Р 1/20, опубл. 20.09.2010).

Недостатком фильтра является относительно высокий уровень нерезонансного возмущения СВЧ сигналов в полосе пропускания режекторного фильтра.

Технической задачей изобретения является уменьшение уровня нерезонансного возмущения СВЧ сигналов в полосе пропускания режекторного фильтра.

Технический результат изобретения заключается в уменьшение уровня нерезонансного возмущения при симметрировании частотной зависимости резонансной.

Это достигается тем, что известный режекторный волноводный СВЧ фильтр, содержащий волновод волноводной линии с прямоугольным поперечным сечением с волной Н₀₁ и электромагнитно связанный с ним элементом связи, выполненным в виде отверстия в общей стенке, волноводный резонатор, снабжен дополнительными n-1 аналогичными элементами связи волновода и прямоугольного волноводного резонатора, где n целое число элементов связи кратное двум, образуют пары элементов связи, сдвинутых друг от друга в продольном направлении на четверть длины волны на резонансной частоте, так, что один из них находится в пучности электромагнитного поля колебаний резонатора, а другой расположен в узле электромагнитного поля этих колебаний, при этом волноводный резонатор выполнен с прямоугольным поперечным сечением, размещен вдоль продольной оси волновода, а поперечные размеры волновода и волноводного резонатора выполнены равными, а длина волноводного резонатора выбрана равной L=(0,5 λ_р) р, где λ_р - длина волны в волноводе на резонансной частоте волноводного резонатора, р - индекс вида колебаний, соответствующий числу вариаций структуры поля вида электромагнитных колебаний волноводного резонатора вдоль его продольной оси, число n выбрано равным 2р, каждая пара элементов связи размещена вдоль продольной оси волновода волноводной линии на расстояниях 0,25 λ_р друг от друга, причем у каждой соседней пары элементов связи, один элемент которой расположен в пучности структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора, а другой элемент связи пары, размещен в узле структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлен режекторный волноводный СВЧ фильтр, а на фиг. 2 показаны частотные характеристики прототипа и изобретения.

Режекторный волноводный СВЧ фильтр содержит волноводную линию в виде волновода 1 с прямоугольным поперечным сечением, элементы связи 2, и дополнительные n-1 элементы связи 3, например, каждое из которых выполнено в виде отверстия в общей стенке волноводной линии 1 и прямоугольного волноводного резонатора 4, где n целое число элементов связи кратное двум, образуют пары элементов связи, сдвинутых друг от друга в продольном направлении на четверть длины волны на резонансной частоте, так, что один из них находится в пучности электромагнитного поля колебаний резонатора 4, а другой расположен в узле электромагнитного поля этих колебаний. Волноводный резонатор 4 выполнен с прямоугольным поперечным сечением, размещен вдоль продольной оси волновода 1, в поперечном направлении размеры волновода 1 и резонатора 4 выполнены равными, при этом длина резонатора 4 выбрана равной L=(0,5 λ_р) р, где λ_р - длина волны в волноводе 1 на резонансной частоте резонатора 4, р - индекс вида колебаний, соответствующий числу вариаций структуры поля вида электромагнитных колебаний волноводного резонатора вдоль продольной оси резонатора 4. Число n равно 2р, каждая пара элементов связи 2 и 3 размещены вдоль продольной оси волноводной линии на расстояниях 0,25 λ_р друг от друга, причем у каждой соседней пары элементов связи один элемент связи, например, 3, находится в пучности структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора 4, а другой элемент связи, например, 2, размещен в узле структуры поля вида собственных колебаний волноводного резонатора 4.

Режекторный волноводный СВЧ фильтр работает следующим образом.

Электромагнитная волна, распространяющаяся в волновода 1 волноводной линии, через элемент связи 3, находящийся в пучности структуры поля резонансного вида электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе 4 (структуры полей видов колебаний прямоугольных волноводных резонаторов канонизированы относительно размеров резонаторов, см. например, Энциклопедический словарь «Электроника» - М.: «Советская энциклопедия», 1991 г. раздел «Объемный резонатор» с. 333), возбуждает в нем колебания. Элемент связи 2, находящийся в узле структуры поля вида электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе 4, не возбуждая колебания в волноводном резонаторе 4, создает отражение в волноводе 1. Волна в волноводе 1 отражается и от элемента связи 3 и тоже распространяется в обратном направлении. При этом колебания волн отраженных от элементов связи 2 и 3 в референсных плоскостях левее элемента связи 2 оказываются противофазны ввиду продольной разницы расстояний между ними равном 0,25 λ_р.

В продольном направлении в волноводе 1 волноводной линии правее элемента связи 3 прошедшие волны складываются и образуют суммарную волну близкую по амплитуде падающей волне левее элемента связи 2.

Выполнение элементов связи волновода 1 волноводной линии с волной Н₀₁ и волноводного резонатора 4 в виде пар, например, 2 и 3, сдвинутых в продольном направлении на четверть длины волны на резонансной частоте прямоугольного резонатора 4, при условии размещения одного из элементов связи в узле структуры поля электромагнитных колебаний в волноводном резонаторе 4 обеспечивает возбуждение колебаний в волноводном резонаторе 4 только одним из каждой пары элементов связи.

Взаимодействие пар элементов связи 2 и 3 обеспечивает симметрирование амплитуды отраженной электромагнитной волны в волноводе 1 волноводной линии (т.е. частотной зависимости коэффициента отражения ₁₁(ω)) относительно резонансной частоты волноводного резонатора 4.

Синфазность отраженных от пар элементов связи 2 и 3 волн в волноводе 1, а также свойство их действия, как одного возбуждающего элемента связи (в нашем примере элемента связи 3) между волноводом 1 и прямоугольным резонатором 4 обеспечивает эффект сохранения свойств режекторного фильтра с одним дополнительным элементом связи 3 при уменьшении нерезонансного возмущения в режекторном фильтре.

Длина резонатора L=(0,5 λ_р) р определяет возможность возбуждения в нем вида колебаний с р вариациями поля вдоль продольной оси премоугольного резонатора 4 и, соответственно, размещения в нем n/2 пар элементов связи, где λ_р - длина волны в волноводной линии 1 на резонансной частоте вида колебаний волноводного резонатора. При этом в каждой паре элементов связи выполняется условие размещения одного из них (например, элемента связи поз.2) в узле структуры поля резонансного вида колебаний в прямоугольном резонаторе 4, а соседнего элемента связи 3 в пучности структуры поля резонансного вида колебаний. Это необходимо для формирования частотной характеристики режекторного фильтра.

Аналогично формируются волны от каждой пары элементов связи сдвинутых друг относительно друга на электрические длины кратные 0,25 λ_р. Этим уменьшается отражение и возрастает прохождение волн в волноводной линии в полосе прозрачности (вне полосы заграждения) режекторного фильтра.

Уменьшение уровня нерезонансного возмущения при симметрировании частотной зависимости резонансной кривой иллюстрирует кривые на фиг. 2. Кривая а соответствует частотной характеристике прототипа, а кривая 6 соответствует частотной характеристике изобретения.

Из сравнения кривых а и б видно смещение максимумов резонансных частот S₁₁(ω) примерно на 0,1%, которое является результатом введения в СВЧ цепь реактивного элемента в виде дополнительного элемента связи 3, но допускает простую коррекцию.

Использование изобретения обеспечивает уменьшение уровня нерезонансного возмущения при симметрировании частотной зависимости.