Спосіб побудови двосмугового пропускаючого фільтра на прямокутних діелектричних резонаторах

Реферат: UA 97669 U UA 97669 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки надвисоких частот (НВЧ) і може бути використана для частотної селекції сигналу на двох несучих частотах. Відомий аналог є спосіб побудови двосмугового фільтра, який складається з двох однакових аксіально розташованих в металевій порожнині діелектричних резонаторів (ДР) у формі "вісімки" на підставках, до кожного з яких підведений металевий штир живлення, що з'єднані з портами фільтра, а також щілини для забезпечення необхідного взаємного зв'язку між ДР. Кожний резонатор утворений із двох прямокутних діелектричних кілець, з'єднаних одне з одним у формі "вісімки", "Dual-band dielectric resonator filters, " / R. Zhang, R. Mansour // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 57, no. 7, pp. 1760-1766, 2009. Обидва прямокутних діелектричних кільця резонатора у формі "вісімки" мають різні розміри, які визначають резонансні частоти TE10δ типу коливання і формують відповідно дві смуги пропускання смугопропускаючого фільтра. Недоліком аналога є обмеження максимально досягуваного значення добротності через використання низькодобротного ТЕ10δ типу коливання для формування обох смуг пропускання, а також через взаємний паразитний вплив між сусідніми діелектричними кільцями складного діелектричного резонатора. Недоліком способу є також необхідність введення додаткових елементів зв'язку, таких як екран зі щілинами, підстроювальних гвинтів, складна форма резонатора, значні втрати у металевих площинах. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі є спосіб побудови двосмугового пропускаючого фільтра, що складається з двох розрізаних навпіл циліндричних діелектричних резонаторів, планарно розміщених всередині металевої порожнини на підставках, які зв'язані один з одним через хрестоподібну щілину та збуджуються двома лініями передачі, "Method of operation and construction of dual-mode filters, dual band filters, and diplexer/multiplexer devices using half cut dielectric resonators" / R. Mansour, M. Memarian // пат. US No8111115, кл. Н01Р11/00, H01P7/10; опубл. 21.01.2010, 57 c. Принцип найближчого аналога полягає в тому, що діелектричний резонатор резонує в двох смугах так, що центральні частоти першої та другої смуг відповідають резонансним частотам ортогональних гібридних типів коливань ½ НЕЕ11 та ½ НЕН11 і визначаються співвідношенням діаметра до висоти циліндра. Кількість зв'язку між резонатором і лінією передачі регулюється паралельним розташуванням штиря до одної із сторін циліндра, а кількість взаємного зв'язку між ДР визначається розмірами хрестоподібної щілини. Спільним у відомому способі з корисною моделлю є застосування двох різних за структурою електромагнітного поля типів коливань для формування двох смуг пропускання фільтра. Недоліком найближчого аналога є необхідність введення додаткових елементів зв'язку, таких як екран зі щілинами, підстроювальних гвинтів через загрозу взаємного паразитного впливу між робочими типами коливань, ускладнення форми резонатора. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення конструкції двосмугового пропускаючого фільтра за рахунок відсутності додаткових елементів зв'язку. Поставлена задача вирішується тим, що функціонування фільтра на ТЕ 10δ та ТЕ20δ типах коливань прямокутних резонаторів з квадратним поперечним перерізом та висотою, яка дорівнює двом сторонам основи прямокутної призми резонатора, тобто діелектричні резонатори резонують в двох смугах таким чином, що центральна частота першої смуги відповідає частоті резонансу ТЕ10δ типу коливання, а центральна частота другої смуги відповідає частоті резонансу ТЕ20δ типу, а також при однакових змінах коефіцієнта зв'язку діелектричних резонаторів для обох типів коливань. Корисна модель пояснюється кресленнями. На фіг. 1, де зображено конструкцію двосмугового пропускаючого фільтра. Спосіб побудови двосмугового пропускаючого фільтра полягає у використанні двох прямокутних діелектричних резонаторів з розмірами а0 * b0 * L0 (1) з відносною діелектричною проникністю ε та тангенсом кута втрат tg δ, планарно розміщених в металевій порожнині (2) розміром а1 * b1 * L1 в діапазоні "відсічки"; підставок (3) розміром а2 * b2 * L2 з діелектричного матеріалу, на яких розміщені діелектричні резонатори; двох протилежно спрямованих ліній передачі (4), з'єднаних з вхідними портами структури (5), що збуджують вимушені коливання діелектричних резонаторів. Двосмуговий пропускаючий фільтр функціонує наступним чином. НВЧ поле вхідної лінії передачі збуджує вимушені коливання в крайньому правому ДР, який збуджує суміжній з ним резонатор по ТЕ10δ та ТЕ20δ типах коливань. Енергія, яку випромінює другий резонатор, передається в навантаження вихідної лінії передачі. Розміри діелектричних резонаторів визначають центральні частоти двох смуг (на фіг. 2), в яких резонують резонатори на ТЕ10δ та ТЕ20δ типах коливань. 1 UA 97669 U 5 10 15 20 25 Варіювання відстанню dp між штирем та резонатором дозволяє налаштувати відповідне значення коефіцієнта зв'язку між лінією передачі та ДР на фіг. 3, тим самим досягаючи необхідного середнього значення коефіцієнта внесених втрат в кожній із смуг. Варіювання відстанню dz між резонаторами дозволяє налаштувати відповідне значення коефіцієнта взаємного зв'язку на фіг. 4, що дозволяє отримати необхідні значення ширини смуг пропускання. Як приклад - на фіг. 5 приведена амплітудно-частотна характеристика двосмугового фільтра на основі запропонованого способу з наступними параметрами: діелектричні резонатори з -5 відносною діелектричною проникністю ε = 36, tg S = 5 * 10 мають розміри a0 * b0 * L0 = 6,5 * 6,5 * 14 мм, металева порожнина має розміри а1 * и1 * L1 = 10,6 * 26 * 50 мм. Два протилежно спрямованих коаксіальні виводи типу SMA прикріплені ззовні металевої порожнини на відстані s = 6,2 мм від центра коаксіалів до бічної сторони коробки. До них прикріплені мідні металеві штирі довжиною h = 24,1 мм та діаметром 2r0 = 1,4 мм, які забезпечують живлення структури. Відстань від центра коаксіала до центра резонатора складає dp = 8,6 мм і визначає величину зв'язку між ДР та штирем, від чого залежить рівень максимуму відображення потужності в смугах пропускання фільтра. Відстань між резонаторами складає dz = 6,4 мм, що визначає величину взаємного зв'язку, від чого залежить ширина смуги пропускання фільтра. Діелектричні резонатори розміщені на пенопластових підставках розміром а2 * b2 * L2 = 2,05 * 6 * 6 мм. Амплітудно-частотна характеристика двосмугового фільтра на основі запропонованого способу приведена на фіг. 5. Його низькочастотна смуга має центральну частоту ƒ1 = 5,62 ГГц, ширину Δƒ1 = 0,71 % по рівню -3 дБ, мінімальні втрати L1 = 0,82 дБ. Високочастотна смуга пропускання має центральну частоту ƒ2 = 6,12 ГГц, ширину Δƒ2 = 0,62 % по рівню -3 дБ, мінімальні втрати L2 = 0,86 дБ. Частотна розв'язка між смугами 35 дБ. Таким чином, корисна модель забезпечує спрощення конструкції двосмугового пропускаючого фільтра за рахунок відсутності додаткових елементів зв'язку та характеризується високою частотною селективністю та меншими втратами в пристрої за рахунок використання ТЕ20δ типу коливання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб побудови двосмугового пропускаючого фільтра на прямокутних діелектричних резонаторах, що складається із металевої порожнини; підставок, виконаних із діелектричного матеріалу, на яких розміщені діелектричні резонатори вхідної та вихідної ліній передачі, одна з яких збуджує вимушені коливання у двох діелектричних резонаторах прямокутної форми, який відрізняється тим, що формування двох смуг пропускання фільтра забезпечують на ТЕ 10 та ТЕ20 типах коливань прямокутних діелектричних резонаторів з квадратним поперечним перерізом та висотою, яка дорівнює двом сторонам основи прямокутної призми резонатора, а також при однакових змінах коефіцієнта зв'язку діелектричних резонаторів для обох типів коливань. 2 UA 97669 U 3 UA 97669 U 4 UA 97669 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5