монолитный керамический фильтр

Формула изобретения

Монолитный керамический фильтр в виде прямоугольного параллелепипеда с выполненными в нем отверстиями резонаторов, количество которых соответствует числу звеньев фильтра, в котором элементы входа и выхода расположены соосно относительно друг друга и перпендикулярно осям резонаторов, на пяти из шести граней которого, включая внутренние поверхности отверстий резонаторов, выполнен слой металлизации, отличающийся тем, что в монолитном керамическом фильтре на нижней грани выполнен металлизированный паз прямоугольной формы между отверстиями резонаторов, а на верхней грани реализована емкостная нагрузка резонаторов в виде проводящих площадок, которые одновременно являются дополнительными элементами емкостной связи между входом и выходом, и подстроечными элементами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования преимущественно в сантиметровом диапазоне волн.

Известны конструкции монолитных керамических фильтров (МКФ), состоящих из металлизированного высокодобротного керамического блока, в котором сформированы два или более резонатора, элементы входа и выхода фильтра, расположенные соосно относительно друг друга и перпендикулярно осям резонаторов, возбуждение в которых осуществляется с помощью поперечных отрезков копланарных линий. В зависимости от граничных условий на торцах этих конструкций у МКФ могут быть различные формы характеристик, но, в любом случае, это узкополосные фильтры.

Обычно расширение полосы пропускания МКФ осуществляют увеличением числа резонаторов в фильтре, но это приводит к увеличению габаритных размеров фильтра и увеличению потерь.

Известен монолитный керамический фильтр (патент US 4879533, 7.11.1989), содержащий блок, выполненный из диэлектрического материала в виде прямоугольного параллелепипеда, на пяти из шести граней которого расположен внешний слой металлизации, имеющего между шестой гранью блока и противоположной ей гранью отверстия в количестве, соответствующем числу звеньев фильтра. Внутренний слой металлизации расположен на боковых поверхностях отверстий и присоединен к внешнему слою металлизации. На шестой грани блока над отверстиями выполнены проводящие площадки, соединенные с внутренним слоем металлизации. Проводящие площадки разделяются между собой и отделяются от внешнего слоя металлизации диэлектрическими промежутками. На шестой грани блока выполнены контактные проводники, отделенные от проводящих площадок и от внешнего слоя металлизации диэлектрическими промежутками. Несмотря на то что описанный фильтр содержит семь резонаторов, он имеет недостаточно широкую полосу пропускания, а большие габаритные размеры приводят к значительному увеличению потерь в полосе пропускания.

Известен широкополосный полосно-пропускающий диэлектрический фильтр (см. UK Patent Application GB 2279182, H01P 1/205, опубл. 21.12.1994), в котором используется паз, по крайней мере, на одной грани между резонаторами. Но за счет встречно-стержневой структуры фильтра применение паза приводит к сужению полосы пропускания.

Регулировка ширины полосы пропускания осуществляется путем частичного смещения части электрода экрана на боковой поверхности, ограничивающей разомкнутую оконечную поверхность и расположенной между смежными емкостными электродами. Ширина полосы пропускания зависит от ширины промежутка изоляции между электродами. Чем больше данный промежуток, тем шире полоса пропускания фильтра, но при расширении этого промежутка уменьшается затухание в верхней части полосы заграждения.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция МКФ (патент RU 2248074 С1, 19.09.2003), в которой в качестве технического решения использована диэлектрическая прорезь на одной из токопроводящих площадок. Использование прорези в данной конструкции эквивалентно увеличению числа резонаторов в фильтре без увеличения габаритов фильтра. Но это техническое решение позволяет увеличить подавление сигналов на фиксированной частоте вне полосы пропускания фильтра, не решая задачу расширения полосы пропускания, фильтр остается узкополосным.

Технической задачей изобретения является расширение полосы пропускания на заданных частотах без увеличения потерь в полосе пропускания при сохранении габаритных размеров фильтра.

Для решения этой задачи предлагается конструкция МКФ, состоящая из металлизированного высокодобротного керамического блока в виде прямоугольного параллелепипеда с выполненными в нем отверстиями резонаторов, количество которых соответствует числу звеньев фильтра, в котором элементы входа и выхода расположены соосно относительно друг друга и перпендикулярно осям резонаторов, на пяти из шести граней которого, включая внутренние поверхности отверстий резонаторов, выполнен слой металлизации, и отличающаяся от рассматриваемых конструкций выполнением на нижней грани фильтра металлизированного паза прямоугольной формы между отверстиями резонаторов для ослабления электромагнитной связи между резонаторами и формирования нагрузки резонаторов в виде короткозамкнутых отрезков полосковых линий, длина которых определяется глубиной паза, а также реализацией на верхней грани фильтра емкостной нагрузки резонаторов в виде проводящих площадок, которые одновременно являются дополнительными элементами емкостной связи между резонаторами и подстроечными элементами.

Предлагаемый монолитный керамический фильтр состоит из металлизированного высокодобротного керамического блока, в котором сформированы два или более резонатора. Фильтр на нижней грани имеет металлизированный паз прямоугольной формы между отверстиями резонаторов для ослабления электромагнитной связи между резонаторами и формирования нагрузки резонатора в виде короткозамкнутых отрезков полосковых линий, длину которых определяет глубина паза. На верхней грани фильтра реализована емкостная нагрузка резонаторов в виде проводящих площадок, которые одновременно являются дополнительными элементами емкостной связи между входом и выходом и подстроенными элементами. Элементы входа и выхода фильтра расположены соосно относительно друг друга и перпендикулярно осям резонаторов. В результате применения данных технических решений полоса пропускания МКФ расширяется без увеличения потерь в ней.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен МКФ, на фиг.2 разрез фильтра, при этом L1 - короткозамкнутые отрезки полосковых линий, закороченные на одном конце, определяемые глубиной паза, L2 - участок распределенной связи между резонаторами, на фиг.3 показана амплитудно-частотная характеристика фильтра с центральной частотой 5,5 ГГц. Следует отметить, что, несмотря на то что изобретение проиллюстрировано изображением монолитного керамического фильтра, имеющего два резонатора, количество резонаторов может быть увеличено. Число резонаторов ограничивается допускаемыми потерями фильтра.

Фильтр представляет собой монолитный керамический блок 1, выполненный из металлизированного высокодобротного диэлектрического материала в виде прямоугольного параллелепипеда, на гранях которого, кроме верхней грани 3, расположен внешний слой металлизации 2. В блоке 1 между верхней гранью 3 и гранью, противоположной ей, выполнены два отверстия 4. На боковых поверхностях отверстий 4 расположен внутренний слой металлизации 5, соединенный с внешним слоем металлизации 2. На верхней грани 3 рядом с отверстиями 4 расположены две проводящие площадки 6, соединенные с внутренним слоем металлизации 5. Проводящие площадки разделены между собой и отделены от внешнего слоя металлизации 2 диэлектрическим промежутком 7. Контактные проводники 8 размещены на торцевых гранях с переходом на боковую грань блока 1 и отделены от внешней металлизации 2 диэлектрическими промежутками 9. На нижней грани монолитного керамического блока 1 между отверстиями 4 расположен сквозной паз 10 прямоугольной формы.

Монолитный керамический фильтр работает следующим образом.

После поступления СВЧ сигнала на контактные проводники 8 осуществляется эффективный ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи.

Фильтр формируют резонаторы, число которых определяется видом требуемой частотной характеристики. Резонаторы образованы отверстиями 4 в диэлектрическом блоке 1, внутренним слоем металлизации 5 на поверхности отверстий 4, а также проводящими площадками 6 на верхней грани 3 блока 1. Поступающий на вход фильтра сигнал через два связанных резонатора поступает на выход. При этом он проходит через два отрезка связанных симметричных линий, нагруженных с одной стороны двумя отрезками симметричных линий, закороченных на одном конце и имеющих длину, равную глубине паза.

Наличие сквозного паза 10 ослабляет электромагнитную связь между резонаторами и, соответственно, расширяет полосу пропускания. Размеры паза 10 определяются расчетно-экспериментальным путем и зависят от значения центральной частоты полосы пропускания. Ширина полосы пропускания дополнительно увеличивается за счет регулировки емкости связи между входом и выходом с помощью подстроечных элементов - проводящих площадок 6.