волноводный фильтр

Формула изобретения

ВОЛНОВОДНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий Т-образное сочленение прямоугольных волноводов в H- или E-плоскости, связанных через щель и один из которых разделен металлической пластиной на два волновода, запредельных для основной частоты и заканчивающихся поглощающими нагрузками, отличающийся тем, что расстояние L₁ от щели до торца металлической пластины, ближайшего к ней, выбрано из условия

L₁ = -2,4 (d/b - 0,2) + 2 (0,43 - l/a) + 1,65,

где d - ширина щели;

l - длина щели;

a и b - размеры широкой и узкой стенок другого прямоугольного волновода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к волноводной технике СВЧ и может быть использовано в качестве полосового фильтра для селекции принимаемых сигналов СВЧ и в тракте передачи СВЧ-энергии для подавления гармоник.

Известны апериодические фильтры, которые пропускают энергию основной частоты и отражают энергию второй, третьей и других гармоник, причем отраженная энергия гармоник поглощается в фильтре. Для этого внутри отрезка волновода прямоугольного сечения располагается металлическая пластина, разделяющая волновод на два запредельных для рабочей частоты волновода. К концу металлической пластины примыкает тонкая поглощающая пластина, расположенная параллельно широким стенкам волновода [1].

Высокие фильтрующие свойства достигнуты в такого типа фильтре, содержащем отрезок прямоугольного волновода, на конце которого расположены согласованные нагрузки, размещенные между металлическими пластинами [2].

Однако такие фильтры обладают способностью существенного ослабления сигналов на рабочей частоте.

Задача изобретения - разработка волноводного заградительного фильтра в виде Т-образного сочленения волноводов прямоугольного сечения в Н- и Е-плоскостях со связью через щель, в котором обеспечивалось одновременное отражение основного сигнала (на рабочей частоте) при обеспечении минимального ослабления этого сигнала и поглощение сигнала гармоник, в частности второй гармоники при обеспечении максимального ее затухания при существенном уменьшении габаритов фильтра и упрощения его конструкции.

Данную задачу предлагается решить в волноводном фильтре, выполненном в виде Т-образного сочленения прямоугольных волноводов в Н- или Е-плоскостях со связью между ними через щель, в котором один из волноводов разделен внутри на два запредельных для основной частоты волновода, заканчивающихся поглощающими нагрузками, причем запредельные волноводы отстоят от щели на расстоянии

L₁=-2,4(-0,2)+2(0,43-)+1,65, где d - ширина щели;

b - ширина узкой стенки волновода;

l - длина щели;

а - ширина широкой стенки волновода.

Данная задача может быть решена как при использовании Е-тройника, так и Н-тройника.

В случае использования сочленения волноводов в плоскости Н (Н-тройника) связь между волноводами осуществляется через продольную по отношению к первому волноводу щель, прорезанную в его узкой стенке.

В случае использования сочленения волноводов в плоскости Е (Е-тройник) связь между ними осуществляется через поперечную по отношению к первому волноводу щель, прорезанную в его широкой стенке.

Разделение одного из волноводов на два запредельных для основной частоты, заканчивающихся на концах поглощающими согласованными нагрузками на частоте второй гармоники основного сигнала, и при этом выбор размеров щели меньше, чем поперечное сечение волновода, и расположение запредельных волноводов на выбранном расстоянии L₁ от щели позволяет обеспечить максимальное поглощение второй гармоники и максимальное отражение основного сигнала на рабочей частоте таким образом, что отпадает необходимость в использовании системы из нескольких звеньев таких Т-образных фильтров для получения такого же эффекта, что значительно уменьшает габариты фильтра и упрощает его конструкцию при решении поставленной задачи.

На фиг.1 и 2 приведен предлагаемый волноводный фильтр в случае использования Е-тройника и Н-тройника соответственно.

Волноводный фильтр выполнен в виде Т-образного сочленения волноводов 1-3 в плоскостях Е- и Н- соответственно. Связь между волноводами осуществляется через щель 4 с размерами l и d, прорезанную соответственно в широкой стенке волноводов 1 и 2 (фиг.1) или в узкой стенке волноводов 1 и 2 (фиг. 2). Внутри волновод 3 разделен металлической пластиной 5 на два запредельных волновода 6 и 7, на концах которых установлены поглощающие нагрузки 8 и 9. Расстояние от металлической пластины 5 до щели 4 выбрано равным L₁.

Рассмотрим работу предлагаемого фильтра, который должен обеспечить выполнение следующих функций в заданных полосах частот f₁ и f₂:

максимальное отражение в волновод 1 основного сигнала на частоте f₁(₁);

максимальное ответвление и поглощение помехи, которой является вторая гармоника частоты f₂=2f₁ (₂= ), в волноводе 3 в поглощающих нагрузках 8 и 9 на концах запредельных волноводов 6 и 7.

Пусть в волноводе 1 в направлении к щели 4 распространяется падающая волна основного типа Н₁₀ с двумя амплитудами: U₁⁺ - для полезного сигнала на частоте f₁ ( ₁ ) и U₂⁺ - для помехи на второй гармонике генератора f₂= 2f₁ (₂= ).

Поскольку длина волны помехи ₂= < ₁ короче длины волны сигнала, то помеха будет также распространяющейся во всех волноводах 1-3 звена. В силу этого в общем случае сигнал и помеха, дойдя до щели, будут затем частично проходить в волновод 2, а частично ответвляться через щель в волновод (резонатор) 3 и поглощаться в нагрузках 8 и 9 в волноводах 6 и 7, являющихся запредельными для сигнала на f₁, но пропускающих помеху на второй гармонике f₂=2f₁ (₂= = ; _{кр 6,7}= 2 = a, ₂<_кр6,7, где а - ширина широкой стенки волновода).

Если размеры щели (l - длина, d - ширина) равны поперечному сечению волновода 3, т.е. l=а, d=b, а на конце волновода 3 вместо запредельных волноводов стоит обычный короткозамкнутый (к.з.) поршень на расстоянии L₁=(2n-1) =(2n-1)= =(2n-1) , т.е. равно нечетному числу четвертей длины волны в волноводе на частоте сигнала f₁ ( ₁ ), то на щели получаем бесконечно большое входное сопротивление z_вх3= , т.е. разрыв в эквивалентной схеме основных волноводов 1 и 2, так как поперечная щель с продольным полем Е_2щ на ней отображается последовательным сопротивлением z_вх на ней. Таким образом обеспечиваем отражение сигнала на f₂ от щели. Но при к.з. поршне не обеспечивается поглощение помехи на f₂. Заменяя к.з. поршень двумя запредельными для f₁волноводами 6 и 7, пропускающими помеху на второй гармонике f₂= 2f₁ и заканчивающимися на концах поглощающими согласованными нагрузками 8 и 9 на f₂, получаем систему из двух волноводов 6 и 7, являющуюся эквивалентным к.з. поршнем для сигнала, но отстоящим от щели уже не эквивалентное расстояние L_1э=L₁+ L, которое будет больше L₁ из-за эффекта удлинения длинной линии, нагруженной на чисто индуктивное сопротивление iх_L (индуктивную проводимость (-iВ_L)). Вместе с тем эта система является пропускающей для помехи, которая будет поглощаться в нагрузках. В то же время для обеспечения максимального отражения сигнала на f₁ и максимального поглощения сигнала помехи на f₂ необходимо, чтобы размеры щели были бы меньше размеров волновода, т. е. l < а, d < b. Тогда ослабление сигнала на f₁ в волноводе 2 уменьшается, а ослабление помехи на f₂ увеличивается, т.е. обеспечивается решение поставленной задачи.

Указанные рассуждения справедливы как в случае щели, прорезанной в широкой стенке волноводов (Е-тройник), так и в случае щели, прорезанной в узкой стенке волноводов (Н-тройник). Но в случае Н-тройника на щели получаем входное сопротивление z_вх.3= 0, т.е. к.з. в эквивалентной схеме основных волноводов 1 и 2.

Проведенный электродинамический расчет данного фильтра позволил построить графические зависимости расстояния от запредельных волноводов до щели от относительных размеров щели в рабочем диапазоне частот, из которых была определена геометрическая зависимость (связь) между размерами резонатора и щели для получения максимальных ослабления второй гармоники сигнала и отражения основного сигнала.

Анализ кривых позволил получить соотношение между размерами L₁ и относительными размерами щели d/b и l/а в интервале 0,2 0,5, и в интервале 0,35 0,43, где зависимость L₁ (d/b) можно считать линейной: L₁=-2,4( -0,2)+2(0,43- )+1,65.