PL213318B1 - Filtr pasmowo-przepustowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest filtr pasmowo-przepustowy. Filtry takie, dla częstotliwości mikrofalowych będące filtrami falowodowymi, znajdują zastosowanie w systemach, gdzie niezbędne jest niskie tłumienie sygnałów oraz możliwość pracy z dużymi mocami, w szczególności w systemach radarowych, satelitarnych systemach nadawczych itp.

Znane i stosowane są różnego rodzaju konstrukcje filtrów w zakresie częstotliwości mikrofalowych, w szczególności filtrów falowodowych, które są projektowane dla zapewnienia żądanych charakterystyk transmisyjnych i dopasowania. Dla uzyskania większej selektywności konieczne jest stosowanie filtrów wyższego rzędu, co powoduje jednak niepożądane zwiększenie długości struktury. W celu minimalizacji rozmiarów z jednoczesnym zachowaniem wysokiej selektywnoś ci stosuje się w filtrach falowodowych niecią głości realizujące wymagane dla projektu współczynniki odbicia oraz zera transmisyjne. Jedną grupę takich rozwiązań stanowią filtry falowodowe z przegrodami typu „Iris. Są to konstrukcje, w których do falowodu wprowadza się przegrody poprzeczne, tj. prostopadłe do osi wzdłużnej falowodu. W przegrodach takich wykonuje się różnej wielkości szczeliny umożliwiające realizację dowolnego współczynnika odbicia, a także wprowadzające zera transmisyjne w charakterystykach. Parametry transmisyjne takich filtrów są bardzo wrażliwe na niewielkie nawet zmiany geometryczne, co powoduje wysokie i trudne do spełnienia wymagania technologiczne. Inną grupę filtrów falowodowych stanowią tzw. filtry „E-plane, w których nieciągłości w postaci metalicznych przegród umieszczone są w tzw. płaszczyźnie E, tj. wzdłuż osi falowodu. Wprowadzenie do falowodu prostokątnego zwykłej, podstawowej przegrody w płaszczyźnie E umożliwia uzyskanie dowolnego współczynnika odbicia, nie daje jednak możliwości realizacji zera transmisyjnego. Dla uzyskania dużej selektywności konieczne jest stosowanie filtrów wysokiego rzędu, tj. z kilkoma nieciągłościami, które dla przegród w płaszczyźnie E charakteryzują się znacznymi długościami, co powoduje niekorzystne zwiększenie wymiarów filtrów.

Znany jest ze zgłoszenia patentowego opublikowanego pod numerem US2004017272 filtr, który ma postać prostokątnego falowodu utworzonego przez dwie części korpusu, pomiędzy którymi umieszczony jest płaski element realizujący w falowodzie nieciągłości w postaci przegród rozmieszczonych w płaszczyźnie E, tj. wzdłuż osi falowodu. W celu obniżenia kosztów i uniezależnienia od wysokiej precyzji wykonania, do wnętrza falowodu wprowadzony jest dielektryczny element wzdłuż osi falowodu służący do dostrojenia filtru do żądanej charakterystyki.

Znany jest także filtr falowodowy typu „E-plane” ze zgłoszenia międzynarodowego opublikowanego pod numerem WO2004062024. Stanowi go prostokątny falowód mający w swoim wnętrzu dielektryczną przekładkę umieszczoną wzdłuż osi falowodu, na której jednej powierzchni znajdują się przewodzące płaszczyzny stanowiące przegrody połączone elektrycznie ze ścianami falowodu. Na przeciwnej stronie dielektrycznej przekładki umieszczone są przewodzące paski, które służą do realizacji zer transmisyjnych w charakterystyce filtru.

Filtr pasmowo-przepustowy w postaci prostokątnego falowodu z nieciągłościami utworzonymi przez przegrody usytuowane w płaszczyźnie E według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna przegroda ma co najmniej jedną szczelinę.

Korzystnie jest, gdy w filtrze przynajmniej jedna przegroda ma dwie szczeliny.

Korzystnie, liczba przegród z dwoma szczelinami jest równa liczbie oczekiwanych zer transmisyjnych.

Korzystnie, szczeliny w przegrodach filtru są równoległe do osi wzdłużnej falowodu.

Korzystnie, szczeliny w tej samej przegrodzie mają różną długość.

Najkorzystniejszym jest rozwiązanie, w którym przegroda ze szczelinami ma długość w zakresie

0,35 - 0,45 λ₀, a szczeliny mają długość w zakresie 0,25 - 0,4 λ₀, gdzie λ_g jest długością fali w falowodzie na zadanej częstotliwości.

Korzystnie jest także, gdy filtr ma dwie brzegowe przegrody bez szczelin oraz trzy środkowe przegrody z dwoma szczelinami w każdej z nich.

Konstrukcja filtru według wynalazku pozwala uzyskać zera transmisyjne, co umożliwia kształtowanie uogólnionej charakterystyki Czebyszewa, a jednocześnie daje możliwość uzyskania dowolnego współczynnika odbicia dla jednej długości przegrody, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie długości filtru.

PL 213 318 B1

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie zilustrowanym rysunkiem, na którym na fig. 1 przedstawia widok konstrukcji filtru, fig. 2 przedstawia strukturę przekładki z przegrodami, a fig. 3 charakterystyki filtru.

Przykładowy filtr zbudowany jest na falowodzie WR90 utworzonym z dwuczęściowego mosiężnego korpusu 1. Pomiędzy jedną i drugą częścią korpusu 1 umieszczona jest przekładka 2 realizująca nieciągłości w płaszczyźnie E falowodu. Tworzy ona pięć przegród 3, z których dwie brzegowe są klasyczne, a trzy środkowe mają każda po dwie szczeliny 4 równoległe do osi falowodu. Przekładkę stanowi folia miedziana o grubości 50 μm, w której przegrody i szczeliny wykonane są metodą fotolitografii. Przekładka 2 ma także otwory 5 przeznaczone na śruby 6, za pomocą których połączone są ze sobą i z przekładką 2 obie części korpusu 1 dla zapewnienia ich dobrego kontaktu elektrycznego. Długość przegród ze szczelinami mieści się w zakresie 0,35 - 0,45 λ₉, natomiast długość szczelin jest w zakresie 0,25 - 0,4 λ₉, gdzie λ₉ jest długością fali w falowodzie na zadanej częstotliwości środkowej. Szczeliny w jednej przegrodzie różnią się od siebie długością, a ich wysokość jest tak dobrana, aby umożliwiała największy zakres zmian położenia w przegrodzie. Parametry geometryczne przegród i szczelin są obliczane za pomocą symulacji numerycznej, co umożliwia otrzymanie charakterystyki jak najbardziej zbliżonej do określonego, żądanego kształtu, przy czym współczynniki odbicia realizowane są za pomocą wszystkich przegród, natomiast przegrody ze szczelinami realizują zera transmisyjne. Charakterystyki przykładowego filtru z dwoma przegrodami klasycznymi i trzema przegrodami dwuszczelinowymi pokazane są na fig. 3, gdzie IS11I jest charakterystyką odbiciową (dopasowania), a IS21I - charakterystyką transmisyjną. Oprócz możliwości realizacji zer transmisyjnych, przykładowa konstrukcja filtru według wynalazku umożliwiła skrócenie o 13% całkowitej jego długości w stosunku do konfiguracji podstawowej, bez przegród ze szczelinami.

Claims (7)

1. Filtr pasmowo-przepustowy w postaci prostokątnego falowodu z nieciągłościami utworzonymi przez przegrody usytuowane w płaszczyźnie E, znamienny tym, że co najmniej jedna przegroda (3) ma co najmniej jedną szczelinę (4).

2. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej jedna przegroda (3) ma dwie szczeliny (4).

3. Filtr według zastrz. 2, znamienny tym, że liczba przegród (3) z dwoma szczelinami (4) jest równa liczbie oczekiwanych zer transmisyjnych.

4. Filtr według zastrz. 3, znamienny tym, że szczeliny (4) są równoległe do osi wzdłużnej falowodu.

5. Filtr według zastrz. 4, znamienny tym, że szczeliny (4) w tej samej przegrodzie (3) mają różną długość.

6. Filtr według zastrz. 5, znamienny tym, że przegroda (3) ze szczelinami (4) ma długość w zakresie 0,35 - 0,45 λ₉, a szczeliny (4) mają długość w zakresie 0,25 - 0,4 λ₉, gdzie jest długością fali w falowodzie na zadanej częstotliwości środkowej.

7. Filtr według zastrz. 6, znamienny tym, że ma dwie brzegowe przegrody bez szczelin oraz trzy środkowe przegrody z dwoma szczelinami w każdej z nich.