Патент на изобретение №2258983

(54) ВОЛНОВОДНЫЙ ПОЛОСНО-ЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР

(57) Реферат:

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано в конструкциях волноводных полосно-заграждающих фильтров, предназначенных для ослабления определенной спектральной составляющей в волноводных СВЧ трактах с прямоугольными волноводами. Техническим результатом является обеспечение температурной стабилизации резонансной частоты. Волноводный полосно-заграждающий фильтр содержит корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и диэлектрический резонатор, имеющий форму прямого кругового цилиндра, размещенный внутри корпуса вблизи одной из его узких стенок так, что его торцевые поверхности параллельны этой стенке. Диэлектрический резонатор соосно закреплен на конце диэлектрического стержня, который проходит через соответствующее отверстие, выполненное в указанной стенке корпуса, и состыкован другим своим концом соосно с торцом настроечной втулки, размещенной внутри зажимного узла, состыкованного с этой же стенкой с наружной стороны корпуса. Зажимной узел выполнен таким образом, что в разжатом состоянии обеспечивается возможность продольного перемещения настроечной втулки внутри зажимного узла, а в зажатом – фиксация настроечной втулки в зажимном узле на участке, находящемся на противоположном конце от диэлектрического стержня. При этом толщина L₁ указанной стенки корпуса на участке стыковки с ней зажимного узла, длина L₂ зажимного узла на участке от места его стыковки со стенкой корпуса до места фиксации в нем настроечной втулки, длина L₃ настроечной втулки на участке от места стыковки с ней диэлектрического стержня до места ее фиксации в зажимном узле, длина L₄ диэлектрического стержня и коэффициенты ₁, ₂, ₃, ₄ линейного расширения материалов, из которых выполнены, соответственно, корпус, зажимной узел, настроечная втулка и диэлектрический стержень, связаны между собой представленным соотношением. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано в конструкциях волноводных полосно-заграждающих фильтров, предназначенных для ослабления определенной спектральной составляющей в волноводных СВЧ трактах с прямоугольными волноводами, например в волноводных СВЧ трактах атомно-лучевых стандартов частоты.

Известен волноводный полосно-заграждающий фильтр, описанный в [1] – “Диэлектрические резонаторы”. /Под ред. М.Е.Ильченко. – М.: Радио и связь, 1989 (с.161, рис.8.1а), содержащий корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода с основной волной типа Н₁₀, внутри которого вблизи одной из узких стенок и параллельно ей размещен цилиндрический диэлектрический резонатор. Резонансная частота такого полосно-заграждающего фильтра определяется собственной резонансной частотой диэлектрического резонатора и сдвигом этой частоты, зависящим от расстояния между диэлектрическим резонатором и внутренней поверхностью указанной стенки. На резонансную частоту фильтра влияет изменение температуры окружающей среды, вызывающее изменение как собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора, так и геометрических параметров конструктивных элементов фильтра, влияющих на резонансную частоту фильтра.

Известен волноводный полосно-заграждающий фильтр, описанный в [2] – US №4124830, H 01 P 1/20, H 01 P 7/06, H 01 P 1/00, 07.11.1978, содержащий корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и два диэлектрических резонатора, имеющих форму прямого кругового цилиндра, установленных в противоположных широких стенках корпуса на расстоянии друг от друга в продольном направлении, равном длине волны резонансной частоты. Каждый из диэлектрических резонаторов размещен в прямоугольном сквозном отверстии в широкой стенке корпуса на равном удалении от узких стенок, причем так, что часть диэлектрического резонатора выступает во внутреннюю полость корпуса, а другая часть выступает наружу. Ось симметрии каждого диэлектрического резонатора ортогональна продольной оси корпуса и параллельна его широким стенкам, а торцевые поверхности диэлектрических резонаторов параллельны узким стенкам корпуса. Выступающая наружу часть каждого диэлектрического резонатора заэкранирована электропроводным кожухом, снабженным подстроечным элементом в виде подвижного торцевого винта. Такой фильтр характеризуется небольшим затуханием на резонансной частоте и зависимостью резонансной частоты от изменения температуры окружающей среды. Эта зависимость обусловлена, в частности, влиянием температуры окружающей среды на изменение собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора, а также на изменение геометрических параметров конструктивных элементов, влияющих на резонансную частоту фильтра. При этом фильтр не содержит технических средств, обеспечивающих стабилизацию резонансной частоты фильтра в условиях изменения температуры окружающей среды.

Известен волноводный фильтр, описанный в [3] – US №4321568, H 01 P 1/20 8, H 01 P 1/209, H 01 P 7/10, H 01 P 7/06, 23.03.1982, содержащий корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и два диэлектрических резонатора, имеющих форму прямого кругового цилиндра, размещенных в корпусе на одинаковом расстоянии от его торцов. Один из диэлектрических резонаторов размещен со стороны широкой стенки корпуса с ориентацией, аналогичной ориентации диэлектрического резонатора в описанном выше фильтре [2]. Второй диэлектрический резонатор размещен аналогично первому, но на узкой стенке корпуса, при этом ось симметрии второго диэлектрического резонатора ортогональна оси первого диэлектрического резонатора. Такой фильтр характеризуется небольшим затуханием на резонансной частоте и зависимостью резонансной частоты от изменения температуры окружающей среды. Зависимость резонансной частоты от температуры окружающей среды обусловлена, как и в фильтре [2], влиянием температуры на собственную резонансную частоту диэлектрического резонатора и на геометрические параметры конструктивных элементов, влияющих на резонансную частоту фильтра. Как и фильтр [2], фильтр [3] не содержит технических средств, обеспечивающих стабилизацию резонансной частоты фильтра в условиях изменения температуры окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является волноводный полосно-заграждающий фильтр, описанный в [4] – US №4500859, Н 01 P 1/207, H 01 P 7/10, Н 01 Р 1/00, 19.02.1985, который принят в качестве прототипа.

Волноводный полосно-заграждающий фильтр, принятый в качестве прототипа, содержит корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и диэлектрический резонатор, имеющий форму прямого кругового цилиндра, размещенный внутри корпуса на диэлектрическом основании вблизи одной из его узких стенок так, что торцевые поверхности диэлектрического резонатора параллельны этой стенке. Соосно с диэлектрическим резонатором в диэлектрическом основании установлен подвижный стержень, выполняющий функцию настроечного элемента. Резонансная частота фильтра-прототипа определяется собственной резонансной частотой диэлектрического резонатора и сдвигом частоты, зависящим от взаимного расстояния между указанной узкой стенкой корпуса, диэлектрическим резонатором и подвижным стержнем.

При изменении температуры окружающей среды изменяется собственная резонансная частота диэлектрического резонатора, а также геометрические параметры конструктивных элементов, влияющих на резонансную частоту фильтра, что приводит к ее изменению. При этом фильтр-прототип не содержит технических средств, обеспечивающих стабилизацию резонансной частоты фильтра в условиях изменения температуры окружающей среды, что является его недостатком.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции волноводного полосно-заграждающего фильтра, обладающего свойством температурной стабилизации резонансной частоты в диапазоне рабочих температур.

Сущность изобретения заключается в следующем. Волноводный полосно-заграждающий фильтр содержит корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и диэлектрический резонатор, имеющий форму прямого кругового цилиндра, размещенный внутри корпуса вблизи одной из его узких стенок так, что его торцевые поверхности параллельны этой стенке. В отличие от прототипа, диэлектрический резонатор соосно закреплен на конце диэлектрического стержня, который проходит через соответствующее отверстие, выполненное в указанной стенке корпуса, и состыкован другим своим концом соосно с торцом настроечной втулки, размещенной внутри зажимного узла, состыкованного с этой же стенкой с наружной стороны корпуса, причем зажимной узел выполнен таким образом, что в разжатом состоянии обеспечивается возможность продольного перемещения настроечной втулки внутри зажимного узла, а в зажатом – фиксация настроечной втулки в зажимном узле на участке, находящемся на противоположном конце от диэлектрического стержня. При этом толщина L₁ указанной стенки корпуса на участке стыковки с ней зажимного узла, длина L₂ зажимного узла на участке от места его стыковки со стенкой корпуса до места фиксации в нем настроечной втулки, длина L₃ настроечной втулки на участке от места стыковки с ней диэлектрического стержня до места ее фиксации в зажимном узле, длина L₄ диэлектрического стержня и коэффициенты ₁, ₂, ₃, ₄ линейного расширения материалов, из которых выполнены, соответственно, корпус, зажимной узел, настроечная втулка и диэлектрический стержень, связаны между собой соотношением

0,7·k·(b-a)1,3·,

где – температурный коэффициент частоты диэлектрического резонатора, град^-1;

k – коэффициент крутизны настроечной характеристики волноводного полосно-заграждающего фильтра, мм^-1;

b=₃·L₃+₄·L₄, мм·град^-1;

=₁·L₁+₂·L₂, мм·град^-1

В вариантах реализации, имеющих практическое значение, используется диэлектрический резонатор, температурный коэффициент частоты которого находится в пределах от 1·10^-6 до 10·10^-6 град^-1.

Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и 2, иллюстрирующими пример выполнения волноводного полосно-заграждающего фильтра с номинальным значением резонансной частоты f_ф0=9,180 ГГц, предназначенного для применения в волноводном СВЧ тракте цезиевого атомно-лучевого стандарта частоты.

На фиг.1 представлен схематический чертеж волноводного полосно-заграждающего фильтра (общий вид, поперечный разрез).

На фиг.2 представлены графики, иллюстрирующие температурные зависимости относительных изменений резонансной частоты волноводного полосно-заграждающего фильтра для двух материалов выполнения его настроечной втулки (кривые “а” и “б”) и собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора (кривая “в”).

Заявляемый волноводный полосно-заграждающий фильтр (далее фильтр) содержит корпус 1, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода с резьбовыми отверстиями 2 в торцах для присоединения фланцев сопрягаемых прямоугольных волноводов с основной волной Н₁₀. Внутри корпуса 1 вблизи одной из его узких стенок 3 размещен диэлектрический резонатор 4, имеющий форму прямого кругового цилиндра. Торцевые поверхности диэлектрического резонатора 4 параллельны стенке 3. Диэлектрический резонатор 4 одним своим торцом соосно закреплен, например приклеен, на конце диэлектрического стержня 5. Диэлектрический стержень 5 проходит через отверстие 6, выполненное в стенке 3, и состыкован другим своим концом соосно с торцом настроечной втулки 7. В рассматриваемом примере эта стыковка осуществлена путем установки конца диэлектрического стержня 5 в торцевом отверстии 8 настроечной втулки 7 и взаимной их стяжки с помощью винта 9, для чего в диэлектрическом стержне 5 выполнено соответствующее осевое резьбовое отверстие. Настроечная втулка 7 располагается внутри зажимного узла 10, состыкованного со стенкой 3 с наружной стороны корпуса 1. В рассматриваемом примере эта стыковка осуществлена путем закрепления зажимного узла 10 в соответствующем гнезде корпуса 1 с помощью винтов 11, расположенных на угловом расстоянии 180° друг от друга.

В рассматриваемом примере зажимной узел 10 выполнен в виде цангового зажима с фиксирующей гайкой 12. В разжатом состоянии зажимного узла 10, т.е. при отпущенной или снятой фиксирующей гайке 12, обеспечивается возможность продольного возвратно-поступательного перемещения настроечной втулки 7 внутри зажимного узла 10. В зажатом состоянии, т.е. при затянутой фиксирующей гайке 12, обеспечивается фиксация настроечной втулки 7 в зажимном узле 10 на участке, находящемся на противоположном конце от диэлектрического стержня 5.

В простейшем случае, проиллюстрированном на фиг.1, перемещение настроечной втулки 7 внутри зажимного узла 10 обеспечивается путем ее ввинчивания-вывинчивания. Для этого настроечная втулка 7 и внутренний канал зажимного узла 10 имеют соответствующие резьбовые участки с шагом резьбы, выбранным из условия обеспечения возможности настройки резонансной частоты на номинальное значение с определенной точностью. В более сложных вариантах конструкции (в настоящей заявке не рассматриваются) могут использоваться, например, редукторные, кулачковые или иные механизмы прецизионного продольного перемещения настроечной втулки 7.

Все элементы заявляемого фильтра, за исключением диэлектрического резонатора 4 и диэлектрического стержня 5, выполнены металлическими, что обеспечивает электромагнитное экранирование отверстия 6 в стенке 3. Материалы, из которых выполнены корпус 1, зажимной узел 10, настроечная втулка 7 и диэлектрический стержень 5 имеют соответственно коэффициенты линейного расширения ₁, ₂, ₃ и ₄.

В вариантах реализации, имеющих практическое значение, используется диэлектрический резонатор 4 с температурным коэффициентом частоты =1·10^-6÷10·10^-6 град^-1.

Температурный коэффициент частоты (3 диэлектрического резонатора 4 определяется как отношение величины относительного изменения собственной резонансной частоты (f/f_др0) к вызвавшему это изменение изменению температуры (Т).

Значение собственной резонансной частоты f_др0 диэлектрического резонатора 4 меньше номинального значения f_ф0 резонансной частоты фильтра на величину не более 5%, В рассматриваемом примере фильтра с номинальным значением резонансной частоты f_ф0=9,180 ГТц собственная резонансная частота диэлектрического резонатора 4 равна f_др0=9,0 ГТц, т.е. меньше f_ф0 на 2%.

Примеры диэлектрических резонаторов с собственной резонансной частотой f_др0=9,0 ГГц, примеры зависимостей f/f_др0 этих резонаторов от температуры представлены, например, в [5] – “Высокочастотные керамические материалы и микроволновые элементы. Каталог”. / ООО “Керамика”, Санкт-Петербург, 2000 г.

Сборка заявляемого фильтра осуществляется в следующим образом. На корпусе 1 закрепляется зажимной узел 10 с настроечной втулкой 7. Диэлектрический резонатор 4 закрепляется на конце диэлектрического стержня 5, после чего диэлектрический стержень 5 вносится во внутреннюю полость корпуса 1, затем свободный конец диэлектрического стержня 5, в котором выполнено осевое резьбовое отверстие, пропускается через отверстие 6 в стенке 3, вставляется в торцевое отверстие 8 настроечной втулки 7 и притягивается к ней с помощью винта 9.

Собранный таким образом фильтр соединяется с сопрягаемыми прямоугольными волноводами и настраивается на номинальное значение резонансной частоты.

Резонансная частота заявляемого фильтра для основной волны Н₁₀ определяется собственной резонансной частотой f_др0 диэлектрического резонатора 4 и сдвигом частоты, обусловленным влиянием ближайшей к диэлектрическому резонатору 4 узкой стенки 3. При этом, чем меньше расстояние между диэлектрическим резонатором 4 и обращенной к нему поверхностью стенки 3, тем резонансная частота фильтра больше. Таким образом, за счет изменения положения диэлектрического резонатора 4 внутри корпуса 1 относительно стенки 3 можно в определенных пределах настраивать резонансную частоту фильтра. В рассматриваемом примере настройка резонансной частоты фильтра на свое номинальное значение f_ф0 осуществляется при разжатом состоянии зажимного узла 10 (при отпущенной или снятой фиксирующей гайке 12) путем ввинчивания-вывинчивания настроечной втулки 7, с которой состыкован диэлектрический стержень 5, несущий на другом своем конце диэлектрический резонатор 4.

Настроечные свойства фильтра характеризуются коэффициентом k крутизны его настроечной характеристики, определяемым отношением величины относительного изменения резонансной частоты фильтра (f/f_ф0) к вызвавшему это изменение изменению расстояния между диэлектрическим резонатором 4 и стенкой 3 (L₀).

После настройки фильтра на номинальное значение резонансной частоты зажимной узел 10 зажимается путем затяжки фиксирующей гайки 12. При этом фиксируется положение настроечной втулки 7 в зажимном узле 10 (в месте ее зажима фиксирующей гайкой 12), фиксируется расстояние между диэлектрическим резонатором 4 и стенкой 3, фиксируется настроенное значение резонансной частоты.

В настроенном и готовом для применения фильтре расстояние между диэлектрическим резонатором 4 и стенкой 3 составляет величину L₀, толщина стенки 3 на участке стыковки с ней зажимного узла 10 составляет величину L₁, длина участка зажимного узла 10 от места его стыковки со стенкой 3 до места фиксации в нем настроечной втулки 7 составляет величину L₂, длина участка настроечной втулки 7 от места стыковки с ней диэлектрического стержня 5 до места ее фиксации в зажимном узле 10 составляет величину L₃, длина диэлектрического стержня 5 составляет величину L₄, длина участка настроечной втулки 7 от свободного конца, выступающего из фиксирующей гайки 12, до места стыковки с ней диэлектрического стержня 5 составляет величину L₅ (фиг.1).

Величины L₁, l₂, L₄, L₅ являются конструктивными параметрами, получаемыми в результате изготовления соответствующих элементов фильтра. Величина L₃ является параметром, получаемым в результате настройки резонансной частоты фильтра; эта величина постоянна для настроенного фильтра, и ее значение может быть определено, например, путем измерения длины L₆ выступающей из фиксирующей гайки 12 части настроечной втулки 7 (фиг.1) и последующего вычитания L₆ из известного значения L₅(L₃=L₅-L₆).

Материалы, из которых выполнены корпус 1, зажимной узел 10, настроечная втулка 7 и диэлектрический стержень 5, выбраны с такими коэффициентами линейного расширения ₁. ₂, ₃ и ₄, что выполняется соотношение

0,7·k·(b-а)1,3·,

где – температурный коэффициент частоты диэлектрического резонатора 4, град^-1;

k – коэффициент крутизны настроечной характеристики фильтра, мм^-1;

b=₃·L₃+₄·L₄, мм·град^-1;

а=a₁·L₁+₂·L₂, мм·град^-1.

Значения границ этого соотношения 0,7·k·(b-а)1,3· определены в ходе экспериментальной отработки конструкции и представляют собой результат компромиссного решения, обеспечивающего, с одной стороны, возможность применения достаточно широкой номенклатуры материалов для изготовления корпуса 1, зажимного узла 10, настроечной втулки 7 и диэлектрического стержня 5, а с другой – возможность получения приемлемых характеристик по температурной стабильности резонансной частоты фильтра.

Как и в рассмотренных выше прототипе и аналогах в заявляемом фильтре с изменением температуры окружающей среды изменяются как собственная резонансная частота диэлектрического резонатора 4, так и геометрические параметры конструктивных элементов фильтра – корпуса 1, диэлектрического стержня 5, настроечной втулки 7, зажимного узла 10, влияющие на расстояние L₀ между диэлектрическим резонатором 4 и стенкой 3 и, следовательно, на резонансную частоту фильтра. Тем не менее, при выполнении указанного соотношения 0,7·k·(b-а)1,3· в заявляемом фильтре в диапазоне рабочих температур имеет место если не полная, то по крайней мере частичная стабилизация резонансной частоты фильтра. Эта стабилизация осуществляется за счет взаимной компенсации (полной или частичной) двух основных составляющих изменения резонансной частоты фильтра, а именно: составляющей, обусловленной температурным изменением собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора 4, и составляющей, обусловленной температурным изменением расстояния L₀ между диэлектрическим резонатором 4 и стенкой 3.

Эффект стабилизации резонансной частоты в условиях изменения температуры окружающей среды, реализуемый в заявляемом фильтре, можно пояснить следующим образом. Например, при увеличении температуры окружающей среды на величину AT первая составляющая изменения резонансной частоты фильтра, обусловленная изменением собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора 4, увеличивается (в относительных единицах) на величину Т·. Это увеличение по меньшей мере частично компенсируется увеличением расстояния L₀, приводящим к уменьшению второй составляющей изменения резонансной частоты фильтра – составляющей, обусловленной влиянием геометрических факторов. В результате взаимной компенсации (полной или частичной) этих двух составляющих, влияющих на изменение резонансной частоты фильтра, резонансная частота фильтра стабилизируется. В рассматриваемом процессе изменение расстояния L₀, стабилизирующее резонансную частоту фильтра, происходит следующим образом. С увеличением температуры окружающей среды на величину T диэлектрический стержень 5 удлиняется на величину T·₄·L₄. Поскольку диэлектрический стержень 5 упирается в настроечную втулку 7, жестко зафиксированную в зажимном узле 10 с помощью фиксирующей гайки 12, то по отношению к точке фиксации (условно неподвижной точки, относительно которой оцениваются все указанные ниже удлинения) вектор этого удлинения направлен в сторону диэлектрического резонатора 4, т.е. удлинение диэлектрического стержня 5 приводит к соответствующему удалению диэлектрического резонатора 4 от стенки 3. К этому удалению приплюсовывается и увеличение длины самой настроечной втулки 7 на участке от места стыковки с ней диэлектрического стержня 5 до места ее фиксации в зажимном узле 10, определяемое как Т·₃·L₃. Это суммарное удаление в нужной мере уменьшается за счет “догоняющего” приближения стенки 3 к диэлектрическому резонатору 4 в результате увеличения длины зажимного узла 10 на участке от места его стыковки со стенкой 3 до места фиксации в нем настроечной втулки 7 на величину Т·₂·L₂ и расширения стенки 3 на участке стыковки с ней зажимного узла 10 на величину Т·₁·L₁. (В представленных пояснениях процессы температурного удлинения настроечной втулки 7 и зажимного узла 10 относительно точки их взаимной фиксации посредством фиксирующей гайки 12 рассмотрены как независимые, на которые не влияет имеющееся между ними резьбовое соединение, что объясняется тем, что для рассматриваемых здесь температурных расширений данное резьбовое соединение настроечной втулки 7 и зажимного узла 10 не является абсолютно жестким, имеет определенную степень свободы в осевом направлении, а кроме того, векторы температурного удлинения настроечной втулки 7 и зажимного узла 10 являются однонаправленными). В итоге, результирующее увеличение расстояния L₀ определяется как L₀=Т·(₃·L₃+_4·L₄)-Т·(₁·L₁+₂·L₂)=Т·(b-а). Отсюда следует, что вторая составляющая изменения резонансной частоты фильтра, обусловленная изменением геометрических факторов, уменьшается (в относительных единицах) на величину k·Т·(b-а).

Таким образом, возрастание на величину Т· (в относительных единицах) первой составляющей изменения резонансной частоты фильтра, обусловленное изменением собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора 4, компенсируется уменьшением на величину k·Т·(b-а) (в относительных единицах) второй составляющей изменения резонансной частоты фильтра, обусловленной изменением геометрических факторов. При выполнении соотношения 0,7·Т·k·Т·(b-а)1,3·Т· или, что то же самое, соотношения 0,7·k·(b-а)1,3· обеспечивается приемлемый для практики эффект температурной стабилизации резонансной частоты. Практически, в заявляемом фильтре при использовании диэлектрического резонатора 4 с температурным коэффициентом частоты =1·10^-6÷10·10^-6 град^-1 в диапазоне рабочих температур 0÷50°С обеспечивается уменьшение от 2 до 10 раз значения относительного изменения резонансной частоты фильтра по сравнению с фильтрами типа аналогов и прототипа, использующими диэлектрические резонаторы с таким же температурным коэффициентом частоты.

Работоспособность заявляемого фильтра и возможность достижения в нем эффекта температурной стабилизации резонансной частоты подтверждены экспериментально, путем сравнительных испытаний двух модификаций заявляемого фильтра, отличающихся между собой материалами выполнения настроечной втулки 7.

В испытуемых фильтрах в качестве диэлектрического резонатора 4 использован дисковый диэлектрический резонатор с диаметром 5,75 мм и высотой 2,3 мм, имеющий диэлектрическую проницаемость _r40, собственную резонансную частоту f_др0=9,0 ГГц и температурный коэффициент частоты =3·10^-6 град^-1 (см., например, [5]). Диэлектрический стержень 5 выполнен из текстолита марки “ВЧ” (₄=35·10^-6 град^-1), имеет диаметр 3 мм и длину L₄=11 мм. Корпус 1 выполнен из алюминиевого сплава марки “Д-16” (₁=22·10^-6 град^-1), размеры его внутренней полости в поперечном сечении составляют 23×10 мм, толщина стенки 3 на участке сочленения с ней зажимного узла 10 составляет величину L₁=2,5 мм. Зажимной узел 10 выполнен из инвара (₂=1·10^-6 град^-1), длина участка зажимного узла 10 от места его стыковки со стенкой 3 до места фиксации в нем настроечной втулки 7 составляет величину L₂=16 мм. Настроечная втулка 7 в первом фильтре выполнена из алюминиевого сплава марки “Д-16” (₃=22·10^-6 град^-1), во втором фильтре – из стали марки “Ст-3” (₃=13·10^-6 град^-1). Диаметр настроечной втулки 7 равен 8 мм, шаг резьбы 0,5 мм, длина участка настроечной втулки 7 от места стыковки с ней диэлектрического стержня 5 до места ее фиксации в зажимном узле 10 составляет величину L₃=17 мм. В обоих фильтрах номинальная резонансная частота равна f_ф0=9,180 ГГц, добротность порядка 10³, коэффициент крутизны настроечной характеристики фильтра k=4,35·10^-3 мм^-1, затухание сигнала резонансной частоты при прямом прохождении через фильтр составляет величину порядка 35 дБ. Для первого фильтра выполняется соотношение k·(b-a)2,99·10^-6 град^-1 , что лежит в центре заданного диапазона 0,7·k·(b-а)1,3·, для второго фильтра выполняется соотношение k·(b-а)2,33·10^-6 град^-1 0,8·, что находится у границы заданного диапазона. График, иллюстрирующий зависимость относительного изменения резонансной частоты фильтра от температуры окружающей среды в диапазоне рабочих температур 0÷50°С для первого фильтра представлен на фиг.2 кривая “а”, для второго фильтра – на фиг.2 кривая “б”. Для сравнения на фиг.2 (кривая “в”) представлен основанный на данных [5] график, иллюстрирующий зависимость относительного изменения собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора 4 от температуры окружающей среды в этом же рабочем диапазоне. Анализ кривых “а”, “б” и “в” на фиг.2 показывает, что в заявляемом фильтре в результате рассмотренных мер температурной стабилизации обеспечивается уменьшение зависимости резонансной частоты фильтра от температуры, по сравнению с температурной зависимостью собственной резонансной частоты диэлектрического резонатора 4, при этом первый фильтр имеет лучшие термостабилизирующие свойства по сравнению со вторым фильтром.

Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и решает поставленную задачу по созданию конструкции волноводного полосно-заграждающего фильтра, обладающего свойством температурной стабилизации резонансной частоты в диапазоне рабочих температур. Наличие этого свойства расширяет возможности по применению заявляемого фильтра в прецизионных высокостабильных СВЧ устройствах, например в СВЧ трактах атомно-лучевых стандартов частоты.

Источники информации

1. Диэлектрические резонаторы. /Под ред. М.Е. Ильченко /М., Радио и связь, 1989.

2. US №4124830, Н 01 Р 1/20, Н 01 Р 7/06, H 01 P 1/00, опубл. 07.11.1978.

3. US №4321568, Н 01 Р 1/208, Н 01 Р 1/209, Н 01 Р 7/10, Н 01 Р 7/06, опубл. 23.03.1982.

4. US №4500859, Н 01 Р 1/207, Н 01 Р 7/10, H 01 P 1/00, опубл. 19.02.1985.

5. Высокочастотные керамические материалы и микроволновые элементы. Каталог. / OOO “Керамика”, Санкт-Петербург, 2000.

Формула изобретения

1. Волноводный полосно-заграждающий фильтр, содержащий корпус, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и диэлектрический резонатор, имеющий форму прямого кругового цилиндра, размещенный внутри корпуса вблизи одной из его узких стенок так, что его торцевые поверхности параллельны этой стенке, отличающийся тем, что диэлектрический резонатор соосно закреплен на конце диэлектрического стержня, который проходит через соответствующее отверстие, выполненное в указанной стенке корпуса, и состыкован другим своим концом соосно с торцом настроечной втулки, размещенной внутри зажимного узла, состыкованного с этой же стенкой с наружной стороны корпуса, причем зажимной узел выполнен таким образом, что в разжатом состоянии обеспечивается возможность продольного перемещения настроечной втулки внутри зажимного узла, а в зажатом – фиксация настроечной втулки в зажимном узле на участке, находящемся на противоположном конце от диэлектрического стержня, при этом толщина L₁ указанной стенки корпуса на участке стыковки с ней зажимного узла, длина L₂ зажимного узла на участке от места его стыковки со стенкой корпуса до места фиксации в нем настроечной втулки, длина L₃ настроечной втулки на участке от места стыковки с ней диэлектрического стержня до места ее фиксации в зажимном узле, длина L₄ диэлектрического стержня и коэффициенты ₁, ₂, ₃, ₄ линейного расширения материалов, из которых выполнены соответственно корпус, зажимной узел, настроечная втулка и диэлектрический стержень, связаны между собой соотношением

0,7·k·(b-a)1,3·,

где – температурный коэффициент частоты диэлектрического резонатора, град^-1;

k – коэффициент крутизны настроечной характеристики волноводного полосно-заграждающего фильтра, мм^-1;

b=₃·L₃+₄·L₄, мм·град^-1;

а=₁·L₁+₂·L₂, мм·град^-1.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что используется диэлектрический резонатор, температурный коэффициент частоты которого находится в пределах от 1·10^-6 до 10·10^-6 град^-1.

РИСУНКИ