ФИЛЬТРЫ L-Xc ДИАПАЗОНОВ ВЫСОКОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ

February 13, 2013 by admin Комментировать »

Бунин А. В., Вишняков С. В., Геворкян В. М., Казанцев Ю. А., Михалин С. Н., Полукаров В. И. ГОУВПО МЭИ (ТУ) г. Москва, Красноказарменная 14, 111250, Россия Тел./факс: (095) 3621222, e-mail: gvm@emc.mpei.ac.ru

Аннотация – Представлены результаты разработки полосно-пропускающих фильтров на основе открытых диэлектрических резонаторов для работы в трактах с непрерывной мощностью порядка 100 Вт. Предложена конструкция резонансного звена, обеспечивающая высокие электрические характеристики фильтра при хорошем теплоотводе. В частности, фильтр С диапазона имеет в полосе пропускания шириной 2,6 % потери не более 1,2 дБ при коэффициенте прямоугольности 2,5 по уровню 90 дБ, широкую полосу заграждения – ослабление более 90 дБ во всем С диапазоне, и эффективное подавление паразитных полос пропускания – не менее 60 дБ, в L – Хс диапазонах.

I.                                       Введение

Интенсивное развитие систем связи различного назначения – мобильных, спутниковых и других в СВЧ диапазоне определяет растущий спрос на час- тотно-разделительные устройства – фильтры, мультиплексеры, в том числе и для L, Ls, S, С, Хс диапазонов. Повышение уровня технических характеристик связных систем, рост их количества, необходимость максимально эффективно использовать частотный ресурс, требования скрытности и электромагнитной совместимости вызывают ужесточение требований к электрическим характеристикам фильтров. Наряду с малыми потерями в полосе пропускания, как правило, требуется высокая крутизна скатов амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтров, большие ослабления в полосе заграждения, отсутствие в широкой полосе паразитных полос пропускания. Кроме того часто предъявляются требования подавления гармоник центральной частоты полосно-пропускающих (ППФ) фильтров

В указанных выше диапазонах частот весьма перспективными и для большинства задач отвечающими современным требованиям являются фильтры на основе диэлектрических резонаторов (ДР). Диэлектрические резонаторы из современных СВЧ керамик с высокой (>30) относительной диэлектрической проницаемостью имеют ненагруженную добротность от 50000 и более в L диапазоне, до 10000 и более в Хс диапазоне. Это позволяет получить высокие избирательные свойства фильтров на их основе. Малый температурный коэффициент частоты ДР (от -6 до +6 ррт/°С) возможность выбора его величины и знака обеспечивают работу фильтров на ДР в широком диапазоне внешних температур и на больших уровнях мощности. В рассматриваемых частотных диапазонах ППФ на ДР реализуют меньшие потери в полосе пропускания, лучшую прямоугольность чем полосковые и ТЕМ коаксиальные фильтры, меньшие габариты и массу и стоимость в изготовлении чем фильтры на встречных стержнях и на объемных резонаторах.

Серьезная проблема, которая возникает при разработке фильтров на ДР, заключается в большом числе типов собственных колебаний диэлектрического резонатора со сравнительно близкими резонансными частотами, что не позволяет без принятия соответствующих мер получить широкую полосу заграждения с большим ослаблением. Существуют различные способы решения этой проблемы [1], в частности, применение в фильтре резонаторов разной формы, использование диафрагм и других металлических элементов, в том числе и располагаемых на ДР. Отметим техническое решение на базе «зеркального» ДР в виде четверти диска, ограниченного металлическими плоскостями [2]. ППФ на таких резонаторах не имеют паразитных полос пропускания до частот на октаву выше рабочей частоты и, благодаря хорошему теплоотводу за счет контакта ДР с металлом, могут работать на высоком уровне мощности (500 Вт). Однако в этом варианте конструкции, как и в других случаях использования металлических элементов для подавления паразитных полос, реализуются сравнительно невысокие добротности резонансных звеньев (РЗ).

В докладе на примере ППФ С-диапазона представлены результаты исследований, по созданию фильтров, лишенных указанных недостатков.

II.                              Основная часть

Рассматривается разработка 9-звенного фильтра на мощность 100 Вт с полосой пропускания 2.6 %, и с границами полосы заграждения по уровню -80 дБ, отстоящими от центральной частоты на ± 3,5 %. Определяющим при выборе конструкции фильтра является тип резонансного звена. Следуя известным рекомендациям [1], можно утверждать, что лучшими характеристиками по реализуемой эффективной добротности Q РЗ (а значит электрическим характеристикам), простоте настройки и технологичности выполнения обладают фильтры с аксиальным размещением ДР с низшим видом колебания в цилиндрическом запредельном отрезке волновода. Диэлектрические резонаторы в волноводе обычно крепятся с помощью диэлектрических втулок. Исследования показали, при таком креплении первый высший тип колебаний ДР находится сравнительно близко к основному, и приближается к нему с ростом (от 1 до 3) относительной диэлектрической проницаемости втулки. В частности, для ДР С-диапазона разнос частот при этом уменьшается с -10 % до ~3 %. При реализации многозвенного фильтра в результате взаимной связи между высшими видами колебаний (которая выше, чем на основном виде колебания ДР) в непосредственной близости от основной полосы пропускания формируется широкая паразитная полоса (рис.1).

Предлагается новая конструкция резонансного звена, удовлетворяющая требованиям по теплоотводящему креплению ДР, малым вносимым потерям и отстройке частот высших типов колебаний (рис.2).

Держатель ДР выполнен в виде трех тонких металлических пластин, плоскости которых ориентированы по радиусу запредельного цилиндра и развернуты под углом 120° друг относительно друга. Один из торцов каждой пластины упирается в цилиндрическую поверхность ДР, а противоположный торец закреплен на внутренней поверхности цилиндра. Конструкция обеспечивает подавление ближайшего высшего типа колебаний, высокую эффективную добротность звена (для рассматриваемого фильтра эффективная добротность составляет около 7000 при собственной добротности резонатора 10000). Техническое решение РЗ защищено патентом РФ [3].

обеспечивающие требования по теплоотводу и подавлению паразитных полос пропускания. Исследования подтвердили перспективность создания таких фильтров в диапазоне частот от 1 до 7 ГГц.

Рис. 1. Частотные характеристики фильтра. Fig. 1. Frequency response of the filter

IV.                           Список литературы

[1]  Ильченко М. Е., Взятышев В. Ф. Гасанов Л. Г и др. Диэлектрические резонаторы / под ред. М. Е. Ильченко. – М.: Радио и связь, 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]  Полосно-пропускающий фильтр. Патент на полезную модель RU № 51789 U1, МПК 7/10, Бюл. № 6 28.09.05.

Puc. 2. Конструктивное выполнение РЗ фильтра. Fig. 2. Construction of the filter RS

Puc. 4. Внешний вид фильтра ВУМ.

Fig. 4. Photograph of the high-power filter

Puc. 3. Частотные характеристики фильтра. Fig. 3. Frequency response of the filter

Ha базе таких РЗ разработан ряд ППФ S- и С- диапазонов. На рис. 3 представлены АЧХ ППФ С- диапазона на мощность 100 Вт. Потери в полосе пропускания 2,6 % не более 1,2 дБ, коэффициент прямоугольности 2,5 по уровню 90 дБ, в полосе заграждения ослабление более 90 дБ во всем С диапазоне, и эффективное подавление паразитных полос пропускания (не менее 60 дБ) в L-Xc диапазонах. Внешний вид фильтра высокого уровня мощности (ВУМ), снабженного радиатором, показан на рис. 4.

III.                                  Заключение

Разработаны фильтры ВУМ на диэлектрических резонаторах с высоким уровнем технических характеристик. Фильтры используют в качестве держателей резонаторов тонкие металлические пластины,

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

Bunin A. V., Vishnyakov S. V, Gevorkyan V. М., Kazantsev J. A., Mikhalin S. N., Polukarov V. I. Moscow Power Engineering Institute

Krasnokazarmennaya 14, Moscow, 111250, Russia

Ph.: (095) 3621222, e-mail: gvm@vvk2.mpei.ac.ru

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 1.2 dB at 2.6 % passband, 6.25 % 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 1.5 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 2.6% passband at 1.5 dB, 6.25% 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.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты