узкополосный свч фильтр

Классы МПК:H01P1/20 частотно-избирательные устройства или частотные дискриминаторы, например фильтры
H01P7/00 Резонаторы типа волноводов
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Новосибирский государственный технический университет
Приоритеты:
подача заявки:
2000-05-11
публикация патента:

Изобретение относится к частотно-избирательным цепям и может быть использовано для фильтрации узкополосных высокочастотных колебаний. Узкополосный СВЧ-фильтр содержит два режекторных фильтра и полосно-пропускающий фильтр, включенные каскадно в виде последовательной структуры. Режекторные фильтры формируют скаты амплитудно-частотной характеристики узкополосного фильтра, а полосно-пропускающий фильтр обеспечивает фильтрацию вне полосы режекции фильтров. Техническим результатом является существенное уменьшение прямых потерь за счет использования высокодобротных режекторных фильтров. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

Узкополосный сверхвысокочастотный фильтр, выполненный в виде каскадного соединения первого режекторного фильтра, полосно-пропускающего фильтра и второго режекторного фильтра, полоса режекции которого находится выше полосы рабочих частот, отличающийся тем, что полоса режекции первого режекторного фильтра находится ниже полосы рабочих частот, при этом полосно-пропускающий фильтр выполнен с полосой пропускания, равной сумме полосы рабочих частот и частотных полос режекции обоих режекторных фильтров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к частотно-избирательным устройствам и может быть использовано для фильтрации узкополосных высокочастотных колебаний.

Полосно-пропускающие фильтры, используемые в радиотехнических устройствах и системах, из сложного сигнала, поданного на вход, выделяют полезные спектральные составляющие. Внеполосные спектральные составляющие фильтром отражаются и в нагрузку не поступают.

Известны узкополосные цепочечные фильтры на сосредоточенных LC-элементах [Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М., 1990. - 256 с., ил. (с.29-44)]. Эти фильтры применяются в диапазоне частот до нескольких сотен МГц и имеют хорошую физическую реализуемость катушек индуктивности и конденсаторов для полосы рабочих частот Vп = (10-20)%. Для более узкой полосы Vп добротность LC-элементов оказывается недостаточной, что приводит к существенному увеличению прямых потерь, особенно в многоконтурных фильтрах. Это следует из известного соотношения неопределенности [Справочник по элементам полосковой техники/ Мазепова О.И., Мещанов В.П., Прохорова Н.И., Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р./ Под ред. А.Л. Фельдштейна. - М.: Связь, 1979. - 336 с., ил. (с.212)]:

о/n)узкополосный свч фильтр, патент № 2185693Vпо, (1)

где aо - прямые потери фильтра; n - количество контуров фильтра; Ао - постоянная величина, обратно пропорциональная собственной добротности контуров узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Известны также узкополосные фильтры на основе параллельных контуров с частичным включением [Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, Блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М., 1990. - 256 с., ил. (с.40, рис.1.45)]. При выборе оптимальных коэффициентов включения контуров удается реализовать фильтр с полосой пропускания Vп = (5-10)%. Для фильтров с полосой пропускания Vп = (1-5)% метод частичного включения параллельных контуров не позволяет обеспечить приемлемый уровень прямых потерь. При этом паразитные монтажные емкости искажают частотные характеристики, особенно в многоконтурных фильтрах.

Кроме того, известен узкополосный СВЧ фильтр, являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий два или три каскадно включенных полосно-пропускающих фильтра [Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М., 1990. - 256с., ил. (с.153-154)] Анализ этой структуры позволяет сделать вывод о том, что в данном случае упрощается настройка, обеспечивается лучшая равномерность АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), однако прямые потери имеют значительную величину из-за низкого волнового сопротивления параллельных контуров

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

где R - сопротивление нагрузки фильтра; g1 - первый нормированный элемент низкочастотного прототипа.

Параллельные контура с низким волновым сопротивлением имеют небольшую величину собственной добротности Q, что приводит согласно (1) к увеличению прямых потерь узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Задачей предлагаемого изобретения является создание узкополосного СВЧ фильтра с малым уровнем прямых потерь.

Поставленная задача достигается тем, что в известном фильтре, состоящем из трех каскадов, первый и третий каскады выполнены в виде режекторных фильтров, при этом полоса режекции первого фильтра расположена ниже полосы рабочих частот, полоса режекции третьего фильтра расположена выше полосы рабочих частот, а полоса пропускания второго полосно-пропускающего фильтра равна сумме полосы рабочих частот и частотных полос режекции первого и третьего режекторных фильтров.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема узкополосного СВЧ фильтра, а на фиг.2 графики АЧХ каскадно включенных устройств.

Предлагаемый узкополосный СВЧ фильтр содержит: режекторные фильтры 1 и 2, выполненные, например, на последовательных контурах, расположенных соответственно на расстоянии четверти длины волны средней частоты полосы режекции; полосно-пропускающий фильтр 3, выполненный, например, на параллельных контурах, расположенных на расстоянии четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона.

Режекторный фильтр 1, полосно-пропускающий фильтр 3 и режекторный фильтр 2 включены каскадно.

Узкополосный СВЧ фильтр работает следующим образом.

Режекторный фильтр 1 с полосой режекции узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p1 формирует левый склон АЧХ для полосы рабочих частот узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 (см. фиг.2). Режекторный фильтр 2 с полосой режекции узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p2 формирует правый склон АЧХ для полосы рабочих частот узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 (см. фиг. 2). Полосно-пропускающий фильтр 3 выполнен с полосой пропускания узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693п= узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693+узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p1+узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p2, что обеспечивает заданный уровень фильтрации во всей полосе запирания. Уменьшение прямых потерь обеспечивается за счет значительного расширения полосы пропускания фильтра 3, в результате чего в соответствии с (2) волновое сопротивление его параллельных контуров существенно возрастает, что повышает собственную добротность контуров. Это в свою очередь уменьшает в (1) величину Ао, что приводит к уменьшению ао. Кроме того, собственная добротность последовательных контуров режекторных фильтров 1 и 2 оказывается в несколько раз выше, чем собственная добротность параллельных контуров узкополосных полосовых фильтров. Таким образом, фильтры 1, 2, 3 имеют хорошую физическую реализуемость и малый уровень прямых потерь, что обеспечивает малый уровень прямых потерь всего устройства в целом.

Количественный расчет прямых потерь в полосно-пропускающем и режекторном фильтрах проведем по соотношениям, приведенным в работах:

1. Нанзел Г.Е. Справочник для расчета фильтров. США, 1969: Пер. с англ., под ред. А.Е. Знаменского. - М.: Сов. радио, 1974 (с.240).

2. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т.2/ Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е. М.Т.: Пер. с англ., под общ. ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. - М.: Связь, 1972 (с.184).

Для полосно-пропускающего фильтра прямые потери аоп определяются соотношением

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

где Qоп - собственная добротность параллельных контуров фильтра; узкополосный свч фильтр, патент № 2185693оп- центральная частота полосы пропускания.

Для режекторного фильтра прямые потери вне полосы режекции определяются соотношением

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

где Qop - собственная добротность последовательных контуров; узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p - полоса режекции фильтра; узкополосный свч фильтр, патент № 2185693op- центральная частота полосы режекции.

При условии g0=1 последнее выражение преобразуется к виду

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Для собственной добротности Qоп запишем выражение

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

где узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 - емкость параллельного контура; узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 - индуктивность параллельного контура; rп - сопротивление диссипативных потерь индуктивности Lп.

Заметим, что волновое сопротивление контура равно

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

что соответствует соотношению (2).

Выражение, аналогичное (5), для собственной добротности Qор имеет вид

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

где узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 - индуктивность последовательного контура режекторного фильтра; rр - сопротивление диссипативных потерь индуктивности Lp.

Далее, с помощью выражений (3) и (4) определяем соотношение между аор и аоп при равенстве полосы пропускания и полосы режекции

(узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p= узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693п= узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693; узкополосный свч фильтр, патент № 2185693op= узкополосный свч фильтр, патент № 2185693оп= узкополосный свч фильтр, патент № 2185693o)

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Подставляя в последнее выражение (5) и (6), получим следующее соотношение

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Так как индуктивность последовательных контуров режекторных фильтров много больше индуктивности параллельных контуров полосно-пропускающих фильтров, то обычно на практике за счет разницы в числе витков катушек индуктивности имеет место соотношение узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Экспериментальные результаты и данные, приведенные в технической литературе, показывают, что для полосно-пропускающего фильтра третьего порядка (gi = 0,853) на трех параллельных контурах с четвертьволновыми связями и с полосой пропускания узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 в дециметровом диапазоне прямые потери составляют аоп узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 3 дБ. Тогда, в соответствии с (2), переход к режекторному фильтру дает следующую величину прямых потерь

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Полоса пропускания фильтра 2 для случая узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693 = узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p1= узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693p2, как видно из фиг. 2, должна быть равна узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693п= 3узкополосный свч фильтр, патент № 2185693узкополосный свч фильтр, патент № 2185693. Тогда в соответствии с (1) прямые потери аоп уменьшатся в три раза и будут иметь величину 1 дБ. Общие прямые потери в предлагаемом полосно-пропускающем фильтре будут равны

узкополосный свч фильтр, патент № 2185693

Таким образом, в данном устройстве обеспечивается выигрыш более чем в два раза по величине прямых потерь. Кроме того, предложенный фильтр за счет режектирующих свойств фильтров 1 и 2 имеет АЧХ кауэровского типа и обеспечивает значение коэффициента прямоугольности не хуже, чем прототип.

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)

Класс H01P7/00 Резонаторы типа волноводов

Наверх