полосно-пропускающий свч-фильтр
Классы МПК: | H03H7/12 полосовые или режекторные фильтры с регулируемой шириной полосы пропускания и фиксированной средней частотой H01P1/20 частотно-избирательные устройства или частотные дискриминаторы, например фильтры |
Автор(ы): | Хрусталев В.А., Востряков Ю.В., Разинкин В.П., Рубанович М.А. |
Патентообладатель(и): | Новосибирский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-01-10 публикация патента:
10.10.2001 |
Изобретение относится к устройствам СВЧ и может быть использовано для фильтрации высокочастотных колебаний большой мощности, что обеспечивает минимальный уровень внеполосного излучения радиопередающих устройств различного назначения. Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр содержит трехдецибельный направленный ответвитель, две поглощающих нагрузки, два чебышевских режекторных фильтра, входы которых подключены к рабочим плечам направленного ответвителя, а выходы соединены с поглощающими нагрузками, при этом выходом устройства является балластное плечо направленного ответвителя. Техническим результатом является обеспечение высокой крутизны скатов амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и высокого качества согласования как в полосе пропускания, так и в полосе фильтрации. Это обусловлено трансформацией АЧХ двух чебышевских режекторных фильтров с помощью направленного ответвителя в АЧХ полосно-пропускающего типа. 3 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр, содержащий 3дБ направленный ответвитель, две поглощающие нагрузки и два режекторных фильтра, входы которых подключены к рабочим плечам направленного ответвителя, отличающийся тем, что поглощающие нагрузки соединены с выходами режекторных фильтров, которые имеют чебышевскую амплитудно-частотную характеристику, а выходом устройства является балластное плечо направленного ответвителя.Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к селективным цепям и может быть использовано для фильтрации СВЧ-колебаний большой мощности. Полосно-пропускающие фильтры, используемые в современной технике СВЧ, из сложного сигнала, поданного на выход, выделяют полезные спектральные составляющие. Побочные спектральные составляющие фильтром отражаются или поглощаются дополнительными нагрузками. Известны полосно-пропускающие СВЧ-фильтры [Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т.2. Связь, 1972. 493 с., ил.(стр.70)], в которых используется четвертьволновая связь между отдельными резонаторами. Такие фильтры удобны в настройке, однако труднореализуемы и при полосе пропускания менее 10% имеют значительные прямые потери. Кроме того, известны полосно-пропускающие СВЧ-фильтры с непосредственной связью между резонаторами [Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т.2, 493 с., ил. (стр. 86)]. Конструктивно резонаторы могут быть как полуволновыми, так и четвертьволновыми. Эти фильтры имеют полосу пропускания 1...20%. Основным недостатком таких фильтров является наличие значительных отражений вне рабочей полосы частот, что препятствует их применению на больших мощностях. При этом для получения большой крутизны ската амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) необходимо выбирать большой порядок фильтра, что в свою очередь приводит к возрастанию прямых потерь. Известен также полосно-пропускающий СВЧ-фильтр [Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т.2 493 с., ил. (cтр. 321, рис. 15.01.3. а)], являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий два каскадно соединенных трехдецибельных направленных ответвителя, два согласованных в рабочей полосе частот полосовых фильтра, включенных в рабочие плечи направленных ответвителей, и две поглощающие нагрузки, подключенные к балластным выходам направленных ответвителей. Используя теорию матриц и ориентированных графов [Силаев М.А., Брянцев С. Ф. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ-устройств. - М.: Сов. Радио, 1970. 248 с., ил.], нетрудно показать, что рассматриваемое устройство оказывается достаточно хорошо согласованным лишь в рабочей полосе частот направленного ответвителя. Действительно, выражение для входного коэффициента отражения фильтра имеет вид![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-2t.gif)
где
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-3t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-4t.gif)
S12, S13 - элементы матрицы рассеяния направленного ответвителя на связанных линиях;
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174044/920.gif)
k - коэффициент связи линий (при переходном ослаблении ответвителя 3 дБ k=0.707);
Гпф - коэффициент отражения полосовых фильтров, включенных в рабочие плечи направленных ответвителей;
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-5t.gif)
Из последнего выражения следует, что в случае Гпф
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174060/8776.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174044/920.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174218/176.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174044/920.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174218/176.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-6t.gif)
K = 2S12
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-7t.gif)
где Грф - коэффициент отражения чебышевского режекторного фильтра, на выходе которого включена согласованная нагрузка. Поскольку чебышевский режекторный фильтр имеет Грф
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174060/8776.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174060/8776.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-8t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-9t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-10t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174014/955.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-11t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-12t.gif)
Lp, Cp - соответственно индуктивность и емкость последовательного контура;
R0 - сопротивление нагрузки. Далее находим крутизну ската АЧХ
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-13t.gif)
Определяем первый сомножитель последнего соотношения
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-14t.gif)
Находим второй сомножитель
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-15t.gif)
Таким образом, искомое выражение имеет вид
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-16t.gif)
Если чебышевский режекторный фильтр состоит из n-режекторов, то можно записать:
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-17t.gif)
В последнем выражении определяем функцию
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-18t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-19t.gif)
Здесь введено обозначение
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-20t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174030/964.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-21t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-22t.gif)
Как известно, АЧХ чебышевского режекторного фильтра имеет вид, показанный на фиг. 3. Соотношение между частотами в таком фильтре удовлетворяет следующему очевидному соотношению:
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-23t.gif)
По соотношению для
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-24t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-25t.gif)
где К1 - коэффициент передачи чебышевского режекторного фильтра на краях полосы пропускания предлагаемого полосно-пропускающего фильтра (см. фиг. 3). С помощью последних выражений находим
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-26t.gif)
Далее проводим нормирование
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-27t.gif)
В последнее выражение подставим: n=3;
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-28t.gif)
После вычислений получим следующее значение:
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-29t.gif)
Для сравнения, оценим разность между частотами режекции в кауэровском полосно-пропускающем фильтре третьего порядка при тех же исходных данных. Как известно [Ханзел Г. Е. Справочник по расчету фильтров. США, 1969. Пер. с англ. под ред. Л.Е.Знаменского. М., Сов. Радио, 1974.], для кауэровского фильтра справедливы следующие соотношения:
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-30t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-31t.gif)
где
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174245/937.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174047/969.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174245/937.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/949.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174245/937.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-32t.gif)
Сравнивая два значения, для
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-33t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-34t.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174013/916.gif)
![полосно-пропускающий свч-фильтр, патент № 2174737](/images/patents/297/2174737/2174737-35t.gif)
Класс H03H7/12 полосовые или режекторные фильтры с регулируемой шириной полосы пропускания и фиксированной средней частотой
Класс H01P1/20 частотно-избирательные устройства или частотные дискриминаторы, например фильтры
узкополосный фильтр свч - патент 2520398 (27.06.2014) | ![]() |
волноводный фильтр верхних частот - патент 2517397 (27.05.2014) | ![]() |
способ изготовления свч фильтра - патент 2487445 (10.07.2013) | ![]() |
фильтр нижних частот - патент 2460184 (27.08.2012) | ![]() |
режекторный волноводный многозвенный свч-фильтр - патент 2399997 (20.09.2010) | |
полосно-пропускающий фильтр - патент 2397579 (20.08.2010) | ![]() |
полосовой ферритовый фильтр сверхвысоких частот - патент 2393594 (27.06.2010) | ![]() |
узкополосный резонансный магнитоакустический фильтр свч - патент 2390888 (27.05.2010) | ![]() |
полосно-пропускающий фильтр - патент 2378745 (10.01.2010) | ![]() |
способ настройки многозвенных полосовых фильтров - патент 2371840 (27.10.2009) | ![]() |