Бунін А В, Вишняков С В, Геворкян В М, Казанцев Ю А, Михалин С Н, Полукаров В І ГОУВПО МЕІ (ТУ) м Москва, Красноказарменная 14, 111 250, Росія Тел / факс: (095) 3621222, e-mail: gvm@emcmpeiacru

Анотація – Представлені результати розробки по-лисніють-проникних фільтрів на основі відкритих діелектричних резонаторів для роботи в трактах з безперервною потужністю близько 100 Вт Запропонована конструкція резонансного ланки, що забезпечує високі електричні характеристики фільтра при хорошому теплоотводе Зокрема, фільтр З діапазону має в смузі пропускання шириною 2,6% втрати не більше 1,2 дБ при коефіцієнті прямоугольности 2,5 за рівнем 90 дБ, широку смугу загородження – ослаблення більше 90 дБ у всьому С діапазоні, і ефективне придушення паразитних смуг пропускання – не менше 60 дБ, в L – Хс діапазонах

I                                       Введення

Інтенсивний розвиток систем звязку різного призначення – мобільних, супутникових та інших у СВЧ діапазоні визначає зростаючий попит на годину-Тотнем-розділові пристрою – фільтри, мультіплексери, в тому числі і для L, Ls, S, С, Хс діапазонів Підвищення рівня технічних характеристик звязкових систем, зростання їх кількості, необхідність максимально ефективно використовувати частотний ресурс, вимоги скритності та електромагнітної сумісності викликають посилення вимог до електричних характеристик фільтрів Поряд з малими втратами в смузі пропускання, як правило, потрібна висока крутизна схилів амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) фільтрів, великі ослаблення в смузі загородження, відсутність в широкій смузі паразитних смуг пропускання Крім того часто предявляються вимоги придушення гармонік центральної частоти смугасто-проникних (ППФ) фільтрів

У зазначених вище діапазонах частот вельми перспективними і для більшості завдань відповідають сучасним вимогам є фільтри на основі діелектричних резонаторів (ДР) Діелектричні резонатори з сучасних СВЧ керамік з високою (> 30) відносної діелектричної проникністю мають ненавантажену добротність від 50000 і більше в L діапазоні, до 10000 і більше в Хс діапазоні Це дозволяє отримати високі виборчі властивості фільтрів на їх основі Малий температурний коефіцієнт частоти ДР (від -6 до +6 ррт / ° С) можливість вибору його величини і знака забезпечують роботу фільтрів на ДР в широкому діапазоні зовнішніх температур і на великих рівнях потужності У розглянутих частотних діапазонах ППФ на ДР реалізують менші втрати в смузі пропускання, кращу прямоугольность ніж полоськовиє і ТИМ коаксіальні фільтри, менші габарити і масу і вартість у виготовленні ніж фільтри на зустрічних стержнях і на обємних резонаторах

Серйозна проблема, яка виникає при розробці фільтрів на ДР, полягає у великому числі типів власних коливань діелектричного резонатора з порівняно близькими резонансними частотами, що не дозволяє без прийняття відповідних заходів отримати широку смугу загородження з великим ослабленням Існують різні способи вирішення цієї проблеми [1], зокрема, застосування у фільтрі резонаторів різної форми, використання діафрагм та інших металевих елементів, у тому числі і розташовуваних на ДР Відзначимо технічне рішення на базі «дзеркального» ДР у вигляді чверті диска, обмеженого металевими площинами [2] ППФ на таких резонаторах не мають паразитних смуг пропускання до частот на октаву вище робочої частоти і, завдяки гарному теплоотводу за рахунок контакту ДР з металом, можуть працювати на високому рівні потужності (500 Вт) Однак у цьому варіанті конструкції, як і в інших випадках використання металевих елементів для придушення паразитних смуг, реалізуються порівняно невисокі добротності резонансних ланок (РЗ)

У доповіді на прикладі ППФ С-діапазону представлені результати досліджень, щодо створення фільтрів, позбавлених зазначених недоліків

II                              Основна частина

Розглядається розробка 9-ланками фільтра на потужність 100 Вт з смугою пропускання 26%, та з межами смуги загородження за рівнем -80 дБ, віддаленими від центральної частоти на ± 3,5% Визначальним при виборі конструкції фільтра є тип резонансного ланки Слідуючи відомим рекомендаціями [1], можна стверджувати, що кращими характеристиками по реалізованої ефективної добротності Q РЗ (а значить електричним характеристикам), простоті настройки і технологічності виконання володіють фільтри з аксіальним розміщенням ДР з нижчим видом коливання в циліндричному позамежному відрізку хвилеводу Діелектричні резонатори в хвилеводі зазвичай кріпляться за допомогою діелектричних втулок Дослідження показали, при такому кріпленні перший вищий тип коливань ДР знаходиться порівняно близько до основного, і наближається до нього з ростом (від 1 до 3) відносної діелектричної проникності втулки Зокрема, для ДР С-діапазону рознос частот при цьому зменшується з -10% до ~ 3% При реалізації багатоланкового фільтра в результаті взаємного звязку між вищими видами коливань (яка вище, ніж на основному виді коливання ДР) в безпосередній близькості від основної смуги пропускання формується широка паразитная смуга (Рис1)

Пропонується нова конструкція резонансного ланки, яка задовольняє вимогам по тепловідвідними кріпленню ДР, малим внесеним втрат і відбудові частот вищих типів коливань (рис2)

Тримач ДР виконаний у вигляді трьох тонких металевих пластин, площини яких орієнтовані по радіусу позамежного циліндра і розгорнуті під кутом 120 ° один щодо одного Один з торців кожної пластини впирається в циліндричну поверхню ДР, а протилежний торець закріплений на внутрішній поверхні циліндра Конструкція забезпечує придушення найближчого вищого типу коливань, високу ефективну добротність ланки (для розглянутого фільтра ефективна добротність становить близько 7000 при власній добротності резонатора 10000) Технічне рішення РЗ захищено патентом РФ [3]

забезпечують вимоги по теплоотводу і придушенню паразитних смуг пропускання Дослідження підтвердили перспективність створення таких фільтрів в діапазоні частот від 1 до 7 ГГц

Рис 1 Частотні характеристики фільтра Fig 1 Frequency response of the filter

IV                           Список літератури

[1] Ільченко М Є, Взятишев В Ф Гасанов Л Г та ін Діелектричні резонатори / під ред М Є Ільченко – М: Радіо і звязок, 1989, 328 с

[2] Т Nishikawa, К Wakino, К Tsanoda, Y Ishikawa Dielectric high-power band-pass filter using quarter-out ΤΕοΐδ image resonator for cellular base stations IEEE MTT-S Int Microwave Symp Dig, D-2, 1987, pp 133-136

[3] Смугасто-пропускає фільтр Патент на корисну модель RU № 51789 U1, МПК 7/10, Бюл № 6 280905

Puc 2 Конструктивне виконання РЗ фільтра Fig 2 Construction of the filter RS

Puc 4 Зовнішній вигляд фільтра ОКМ

Fig 4 Photograph of the high-power filter

Puc 3 Частотні характеристики фільтра Fig 3 Frequency response of the filter

Ha базі таких РЗ розроблений ряд ППФ S-і С-діапазонів На рис 3 представлені АЧХ ППФ С-діапазону на потужність 100 Вт Втрати в смузі пропускання 2,6% не більше 1,2 дБ, коефіцієнт прямокутності 2,5 за рівнем 90 дБ, в смузі загородження ослаблення більше 90 дБ у всьому С діапазоні, і ефективне придушення паразитних смуг пропускання (не менше 60 дБ) в L-Xc діапазонах Зовнішній вигляд фільтра високого рівня потужності (ОКМ), забезпеченого радіатором, показаний на рис 4

III                                  Висновок

Розроблено фільтри ОКМ на діелектричних резонаторах з високим рівнем технічних характеристик Фільтри використовують як власників резонаторів тонкі металеві пластини,

L-Xc-BAND DIELECTRIC RESONATOR FILTERS FOR HIGH POWER APPLICATIONS

Bunin AV, Vishnyakov S V, Gevorkyan V М, Kazantsev JA, Mikhalin SN, Polukarov VI Moscow Power Engineering Institute

Krasnokazarmennaya 14, Moscow, 111250, Russia

Ph: (095) 3621222, e-mail: gvm@vvk2mpeiacru

Abstract – The principles and results of the design of microwave band-pass filters on dielectric resonators (DR) for high level (over 100 W) signals are discussed Filters have insertion losses less than 12 dB at 26 % passband, 625 % passband at 90 dB level and spurious passband suppression over 60 dB

I                                         Introduction

There are many various ways to build filter for high power application First of all, cavity resonators could be applied, but these filters have large sizes and high cost Then, filters on coaxially oriented dielectric resonators with dielectric holders have higher modes near the passband (as shown on Fig 1 for 9-pole filter with coaxial placement of DRs) Moreover, dielectric holders have poor thermal conduction coefficient Filters on DRs, which placed on metallic surface, have insufficient Q-factor

II                                        Main Part

The most important problem is the choice of resonator sections (RS) Simplest realization of tunable coupling coefficient in wide range and high Q-factor for RS requires coaxial placement of DR in cylinder waveguide The original RS that provides with good thermal conduction, relatively high Q-factor and rejection of nearest DR’s modes, was founded (Fig 2, Russian Federation patent [3]) It consists of three thin metallic plates, oriented under 120 degrees, which hold DR Spurious passband is moved up by 30 % (over 15 GHz) and is suppressed to -60dB (Fig 3) The numerical analysis procedure was created for the founded RS Frequency response of one of designed C-band filter is Shown on Fig 3, the view of the filter is shown on Fig 4 The filter has 26% passband at 15 dB, 625% passband at 90 dB level, 90 dB stop band over all C-band and spurious passband suppression over 60 dB in L-Xc-band

III                                       Conclusion

The basic resonator section for high power microwave filters was invented New features were achieved for filters on DRs: nearest DR modes rejection and high Q-factor of the RS allows to design filters with the narrow passband and extremely wide Stop band for high power applications

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р