сверхвысокочастотный фильтр гармоник

Формула изобретения

Сверхвысокочастный фильтр гармоник, содержащий каскадно соединенные отрезки линий передачи различной электрической длины с чередованием уровня их волнового сопротивления и общим внешним экранирующим проводником, отличающийся тем, что начало и конец экранирующего проводника соединены между собой внутренним проводником дополнительно введенного коаксиального кабеля, при этом начало внутреннего проводника первого отрезка линии передачи и смежный с ним участок оплетки коаксиального кабеля образуют вход фильтра гармоник, а конец внутреннего проводника последнего отрезка линии передачи и противоположный конец оплетки коаксиального кабеля образуют выход фильтра гармоник.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области техники СВЧ и может быть использовано в приемопередающих устройствах различного назначения в качестве фильтра гармоник.

Актуальность разработки таких фильтров обусловлена высоким уровнем требований Международного консультативного комитета по радио к приемопередающим устройствам в отношении паразитных каналов просачивания информации на высших гармониках основного сигнала. Для обеспечения существующих ныне требований необходимо реализовать фильтры гармоник с уровнем затухания на гармониках порядка 50.60 дБ.

Известен фильтр гармоник (Маттей Д.Л. Янг Л. Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т. 1, раздел 7.03, М. Связь, 1971). Этот фильтр, содержащий каскадно-включенные отрезки коаксиальных линий передачи различной электрической длины, являются по существу фильтром нижних частот и поэтому теоретически подавляет все высшие гармоники основного сигнала. Однако при практической реализации такого фильтра становятся заметными конструкторско-технологические ограничения реализации отрезков линий передачи. В частности, диаметры внутренних проводников высокоомных отрезков линий передачи оказываются порядка 0,3.0,5 мм, что реализовать не представляется возможным. Поэтому невозможно реализовать фильтры нижних частот с уровнем затухания на гармониках порядка 50.60 дБ.

Известен также фильтр гармоник (Кац Б.М. и др. Оптимальный синтез устройств СВЧ с Т-волнами, раздел 7.3, М. Радио и связь, 1984). В этом фильтре, содержащем каскадно соединенные отрезки линий передачи различной электрической длины, волновые сопротивления отрезков чередуются. В результате формируется амплитудно-частотная характеристика затухания, имеющая ярко выраженный экстремум на уровне 30.40 дБ. При практической реализации фильтра уровень затухания снижается за счет влияния конструктивно-технологических погрешностей при проведении токарно-фрезерных работ. В результате и эти фильтры не обеспечивают требуемый уровень затухания на гармониках порядка 60 дБ.

Известен также многоэлементный фильтр (авт.св. СССР N 1356050, кл. Н 01 Р 1/203). Такой фильтр, содержащий отрезки связанных электромагнитной связью полосковых линий передачи, обеспечивает в отдельных областях частотного диапазона затухание на уровне 60.80 дБ. Однако в полосе пропускания упомянутые фильтры имеют осциллирующую частотную характеристику затухания с пульсациями, достигающими 7. 10 дБ, что совершенно неприемлемо в приемопередающих устройствах СВЧ диапазона и оправдано лишь в радиоизмерительной аппаратуре. В результате и эти фильтры не обеспечивают выполнение требований по ослаблению гармоник в приемопередающих устройствах.

Прототипом предполагаемого изобретения является фильтр, описанный в вышеупомянутой работе Маттея Д.Л. Янга Л. Джонса Е.М.Т. Как уже отмечалось, эти фильтры гармоник не обеспечивают уровень затухания подавляемых гармоник порядка 60 дБ;

Целью предлагаемого изобретения является создание высокоэффективного фильтра гармоник.

Цель достигается тем, что в известном сверхвысокочастотном фильтре гармоник, содержащем каскадно соединенные отрезки линий передачи различной электрической длины с чередованием уровня их волнового сопротивления и общим внешним экранирующим проводником, начало и конец экранирующего проводника соединены между собой внутренним проводником дополнительно введенного коаксиального кабеля, при этом начало внутреннего проводника первого отрезка линии передачи и смежный ему участок оплетки кабеля образуют вход, а конец внутреннего проводника последнего отрезка линии передачи и противоположный конец оплетки кабеля образуют выход фильтра гармоник.

Предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как совокупность его существенных признаков, обеспечивающая интерференцию падающих и отраженных волн в устройстве и способствующая подавлению высших гармонических составляющих, не выявляется явным образом из уровня техники.

На фиг. 1 изображена схема электрическая структурная заявляемого фильтра гармоник; на фиг. 2 частотная характеристика затухания фильтра.

Предлагаемый фильтр гармоник содержит каскадно соединенные отрезки 1 линий передачи различной электрической длины с чередованием уровня их волнового сопротивления и общим внешним экранирующим проводником 2. Начало и конец экранирующего проводника соединены между собой внутренним проводником коаксиального кабеля 3. Начало внутреннего проводника первого отрезка линии передачи и смежный ему участок оплетки кабеля образуют вход, а конец внутреннего проводника последнего отрезка линии передачи и противоположный конец оплетки кабеля образуют выход фильтра гармоник.

Принцип действия заявляемого фильтра гармоник состоит в следующем.

К входу фильтра подключается источник сигнала с ЭДС Е_г и внутренним сопротивлением R_г, а к выходу фильтра нагрузка R_н. Если предположить, что источник сигнала наряду с основной генерирует и высшие гармонические составляющие, то в нагрузке потечет ток, определяемый приложенным к ней напряжением U_н. Степень подавления гармоник оценивается по формуле



В процессе передачи сигнала вдоль структуры фильтра возникают падающие и отраженные волны на стыках отдельных отрезков линий передачи 1. За счет того, что их электрические длины и уровни волнового сопротивления различны, условия прохождения гармоник без потерь не выполняются. В результате на частотах гармоник возникают потери, причем их величина зависит от значений волновых сопротивлений отрезков линий передачи, их электрической длины, а также от волнового сопротивления и длины коаксиального кабеля. Структура заявляемого фильтра, отличительной особенностью которого является наличие соединения начала и конца общего внешнего экранирующего проводника 2 с внутренним проводником коаксиального кабеля 3, такова, что возникающая в ней интерференция падающих и отраженных волн приводит к существенному росту затухания на гармониках до уровня 60 дБ. Количественную оценку затухания целесообразно проводить в рамках разработанного заявителем прикладного программного обеспечения для ПЭВМ 1ВМ РС 386. Программное обеспечение включает в себя модели всех входящих в фильтр элементов, описываемых матрицами рассеяния. В результате определяется общая матрица рассеяния устройства:



один из элементов которой, а именно S₂₁, определяет уровень затухания фильтра:



Для сопоставления были изготовлены образцы фильтра-прототипа и заявляемого фильтра с тремя отрезками линий передачи и одинаковыми пульсациями в полосе пропускания. В заявляемом фильтре отрезки линий передачи имели длину 4,6 и 5,2 см и волновое сопротивление соответственно 23, 26 и 29 Ом. Коаксиальный кабель имел длину 33 см и волновое сопротивление 50 Ом. Результаты экспериментальных исследований предложенного фильтра (фиг. 2, сплошная линия (поз. 4) теория; штриховая линия (поз. 5) эксперимент) свидетельствуют о возможности реализации устройств с уровнем затухания порядка 60 дБ.