Каток В. Б., Манько А. А. Гесударственний університет інформаційно-комунікаційних технологій НІЦЛКС, вул. Солом’янська, 7а, Київ 03110, Україна Тел. 248-8592, e-mail: katok@ukrpack.net

Анотація Розроблено способи управління передавальними характеристиками діелектричних фільтрів, що використовують резонатори біжучої хвилі, шляхом введення в їх конструкцію екрануючих поверхонь і вибором відстані між поверхнею і резонатором, а також введенням в конструкцію поглинаючих матеріалів.

I. Вступ

В даний час інтенсивно освоюється міліметровий діапазон довжин хвиль. Застосування в пристроях цього діапазону діелектричних резонаторів (ДР) дозволяє ефективно вирішувати проблему мініатюризації і створення виробів з поліпшеними параметрами і характеристиками, які були раніше недосяжні для традиційних підходів, зокрема, при вирішенні завдань частотної фільтрації СВЧ-сигналів. ДР конструктивно просто об’єднуються з пасивними і активними елементами гібридних інтегральних схем [1], і в той же час мають досить високе значення власної добротності, яке в ряді випадків істотно перевищує значення, досягнуте при застосуванні порожнистих металевих резонаторів. Особливо високих значень добротності можна досягти при застосуванні діелектричних резонаторів біжучої хвилі [1].

Однак, використання ДР передбачає забезпечення можливості настройки їх характеристик. При цьому, на відміну від порожніх резонаторів, застосування поршнів або гвинтів, що розміщуються в обсязі резонатора, виключається.

II. Основна частина

В роботі були проведені дослідження шляхів управління характеристиками фільтрів, що використовують резонатори біжучої хвилі на діелектричних хвилеводах, за рахунок застосування металевих поверхонь, частково екрануючих резонатор фільтра. Конструкція фільтрів містить металеву підставу на якому встановлено кільцевої діелектричний резонатор (КДР), виконаний на діелектричних прямокутних хвилеводах (ДПВ), і один або два відрізки ДПВ, пов’язаних з КДР за рахунок розподіленої зв’язку. У разі полоснопропускающего фільтра встановлені два відрізки ДПВ, в разі смугово-загороджувальному один відрізок ДПВ. Соосно з КДР на металеву підставу встановлений круглий металевий екран, який охоплює КДР за межами галузі зв’язку. Висота екрану в три рази більше висоти КДР. Експериментально встановлено, що наявність екрану може призвести як до поліпшення характеристик фільтра, так і до погіршення, порівняно з варіантом без екрана (в залежності від відстані між КДР і екраном). Максимальне поліпшення характеристик спостерігається в тому випадку якщо ця відстань дорівнює середній довжині хвилі робочого діапазону [2]. При наявності оптимально розташованого екрану у режекторного фільтра кілька зменшуються втрати в смузі пропускання і значно (на 10 дБ і більше) збільшуються втрати в смузі замикання.

Подібні вимірювання були проведені також і для смугово-проникного фільтру з частковим екрануванням. У порівнянні з неекранованим варіантом, конкретна конструкція з оптимально розташованим екраном має такі переваги: ​​на 5 дБ зменшується загасання в смузі пропускання, при цьому втрати в смузі загородження зменшуються на 2-2,5 дБ (рис.1).

Рис. 1. Передавальні характеристики смугового фільтра з наявністю (2) і відсутністю (1) оптимально розташованого екрану

Fig. 1. Transmission characteristics of band-pass filter with (2) and without (1) optimal placing screen

Важливою проблемою при використанні фільтрів є можливість регулювання в процесі настройки їх основних параметрів. Регулювання характеристик режекторного фільтра, а також їх поліпшення може бути досягнуто за рахунок використання речовин з високим рівнем поглинання електромагнітних хвиль, наприклад, ферроепоксіда. Зразок ферроепоксіда може регулювати рівень загасання в смузі режекциі в залежності від відстані зразка до КДР. Крім того, рівень загасання в разі наявності зразка ферроепоксіда, в смузі режекциі буде помітно вище, ніж без нього. На рис. 2 представлені характеристики режекторного фільтра з використанням поглинаючого речовини. Використання ферроепоксіда дає можливість регулювати загасання в смузі режекциі в межах 9-18 дБ. У той же час, загасання в смузі пропускання практично не змінюється. Крім того, в смузі загородження можна досягти збільшення рівня втрат на 9дБ, порівняно з конструкцією без поглинаючого речовини.

Однією з актуальних проблем конструювання фільтрів на діелектричних хвилеводах є можливість встановлення смуги пропускання (загородження) фільтра в потрібному ділянці діапазону. Можливість настройки смуги пропускання (загородження) фільтра на потрібну ділянку діапазону досягається за рахунок введення в конструкцію металевого диска з діаметром, який дорівнює діаметру КДР. При цьому диск розташовується над резонатором на одній осі з ним. Зсув смуги пропускання (загородження) досягається за рахунок зміни відстані між диском і КДР. При зміні відстані від 0 до «про центральна частота смуги пропускання фільтра перебудовується приблизно на 3% в сторону збільшення.

Рис. 2. Передавальні характеристики режекторного фільтра з наявністю (2) і відсутністю поглинаючого речовини (1)

Fig. 2. Transmission characteristics of band-rejection filter with (2) and without (1) absorption materials

Рівень втрат в смузі пропускання при цьому проходить через мінімум, що пояснюється наявністю втрат в металі диска, які зменшуються зі збільшенням відстані. При цьому втрати на випромінювання з ростом відстані зростають. Таким чином, існує оптимальна відстань між диском і КДР, при якому фільтр має мінімальні втрати, рівень яких помітно нижче (на 0.5-1.5дБ) ніж у випадку відсутності диска. Цей факт можна також використовувати для подальшого зниження втрат у фільтрі.

III. Висновок

Таким чином, за рахунок використання в конструкції діелектричного фільтра на КДР часткового екранування і поглинаючого матеріалу можна в досить широких межах змінювати його передавальні характеристики, а також такі параметри, як значення резонансних частот.

IV. Список літератури

[1] Діелектричні резонатори / Под. ред.

М. Є. Ільченко, М.: Радіо і зв’язок, 1989. 328 с.

[2] Надвисокочастотний фільтр: А.с. 1277254 СРСР, МКІ Н 01 Р 1/20 / Каток В. Б., Левченко Є. Г., Манько А. А. № 3843952/24-09; Заявлено 17.01.85; Опубл. 15.12.86, Бюлл. № 46.

CONTROL OF CHARACTERISTICS OF DIELECTRIC FILTERS USING TRAVELLING WAVE RESONATORS

V. B. Katok, A. A. Manko State university of communication technology SE CLC, Solomenskaya str., 7a, Kiev 03110, Ukraine tel:248-8592, e-mail: Katok@ ukrpack.net

Abstract Methods of transmission characteristics control for dielectric traveling wave resonator filters is proposed. Methods are based on using of filters metallic screens and absorption materials for design.

I.  Introduction

Development and designing of integral-dielectric filters propose decreasing of losses in the pass-band and increasing of losses in the stop-band of filtering devices and components. Necessity of tuning of resonant frequencies produces demand of control of dielectric filter transmission characteristics.

II.  Main Part

Experimental obtained solutions for characteristics control of dielectric filters using traveling wave resonators is proposed in this work. The construction of filters contain a metal bottom, the ring dielectric resonator (RDR) is placed on it, being fulfilled on dielectric rectangular waveguide (DRW), and one or two segments of dielectric rectangular waveguide bound with RDR at the expense of distributed connection. The round metal screen is installed on metal bottom on line with RDR, it covers RDR outside area of connection. Height of the screen is 3 times more than height of RDR. It is experimentally defined that the availability of the screen can reduce both improvement and deterioration of filter characteristics, in comparison with unscreened variant depending on radius of the screen.

The maximal improvement of the characteristics is observed in the event when the distance between screen and RDR equals to an average wavelength of an operating range

[2]   . Transmission characteristics of the band-pass filter with and without partial screening RDR are represented in Fig. 1.

It is possible to reach control of the characteristics of a rejection filter, and also their improvement at the expense of usage of materials with high-level absorption of electromagnetic waves, for example, Ferro-carbonic-absorber. The sample of an absorber can regulate level attenuation in a rejection band depending on distance of a sample up to RDR. Besides, the level of attenuation, in case of availability of an absorber sample in a band of rejection, will be noticeably more than without it. Transmission characteristics of band-rejection filter with and without absorption material are represented in Fig. 2.

One of actual problems of filters constructing is possibility of transmission band of the filter tuning on the necessary range section. It is reached at the expense of metal disk introduction to filter construction, which diameter is equal to diameter RDR. Thus, the disk allocates above the resonator on one axis with. The displacement of a transmission band is reached at the expense of variation of distance between the disk and RDR. At variation of distance from 0 to perpetuity the center frequency of a filter pass band displaces approximately 3 % in the side of magnifying.

III.  Conclusion

In the work methods of control of dielectric filter characteristics are proposed at the expense of partial screening and using of absorption materials.

АНАЛІЗ сумарно-різницевих ПЕРЕТВОРЮВАЧА З ВИСОКОЇ ІДЕНТИЧНІСТЬ амплітудно-фазова ХАРАКТЕРИСТИК

Ємельяненко Б. Н.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.