Где применяются волноводные фильтры свч

Волноводные фильтры на основе частотно-селективной поверхности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Лапин А.Ю., Крылов Ю.В.

Показана возможность применения частотно-селективной поверхности в волноводных фильтрах . Конструкция фильтра состоит из частотно-селективной поверхности , размещенной в поперечной плоскости прямоугольного волновода, таким образом, обеспечивается фильтрация принимаемого сигнала. Данная конструкция фильтра позволяет использовать ее в системах спутниковой связи.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

WAVEGUIDE FILTERS BASED ON A FREQUENCY-SELECTIVE SURFACE

The possibility of application of frequency-selective surfaces in waveguide filters is shown. The filter design consists of a frequency selective surface located in a transverse plane of the rectangular waveguide so as to protect the filtering of the received signal. This filter design allows its use in satellite communication systems.

Текст научной работы на тему «Волноводные фильтры на основе частотно-селективной поверхности»

1. Gordon M. Coutts: Wideband diagonal quadruple-ridge orthomode transducer for circular polarization detection. IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 59, no. 6, june 2011.

2. Nelson J. G. Fonseca and Peter Rinous: Compact orthomode power divider for high-efficiency dualpolarisation rectangular horn antennas. Antenna and Sub-Millimetre Wave Section, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands, 2009.

3. Masataka Ohira, Hiroyuki Deguchi, Mikio Tsuji, and Hiroshi Shigesawa: novel waveguide filters with mul-

tiple attenuation poles using dual-behavior resonance of frequency-selective surfaces. IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol. 53, no. 11, november 2005.

4. Agostino Monorchio, Giuliano Manara, Umberto Serra, Giovanni Marola, and Enrico Pagana: design of waveguide filters by using genetically optimized frequency selective surfaces. IEEE Microwave and wireless components letters, vol. 15, no. 6, june 2005.

ВОЛНОВОДНЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

А. Ю. Лапин, Ю. В. Крылов

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Показана возможность применения частотно-селективной поверхности в волноводных фильтрах. Конструкция фильтра состоит из частотно-селективной поверхности, размещенной в поперечной плоскости прямоугольного волновода, таким образом, обеспечивается фильтрация принимаемого сигнала. Данная конструкция фильтра позволяет использовать ее в системах спутниковой связи.

Ключевые слова: волноводный фильтр, частотно-селективная поверхность, резонансная структура.

WAVEGUIDE FILTERS BASED ON A FREQUENCY-SELECTIVE SURFACE

A. Y. Lapin, Y. V. Krylov

JSC «Information Satellite Systems» named after academician M. F. Reshetnev» 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: unker007@mail.ru

The possibility of application offrequency-selective surfaces in waveguide filters is shown. The filter design consists of a frequency selective surface located in a transverse plane of the rectangular waveguide so as to protect the filtering of the received signal. This filter design allows its use in satellite communication systems.

Keywords: waveguide filter, frequency-selective surface, the resonance structure.

В настоящее время широко распространено использование волноводных фильтров в антенно-фидерных трактах антенн спутниковой связи. С развитием спутниковых систем связи появляются все более жесткие требования к электрическим параметрам фильтров: потерям в полосе пропускания, уровню заграждения в области подавления и массогабаритным показателям. Поэтому нашли применение фильтры различных конструкций, что обусловлено диапазоном рабочих частот, электрическими и конструктивными требованиями.

На сегодняшний день известны фильтры с асимметричными диафрагмами между объемными резонаторами [1], такие фильтры с использованием объемных резонаторов имеют относительно большие размеры и массу. Однако резонансные структуры могут быть использованы в качестве резонаторов для более

компактных и легких фильтров. Этот тип фильтров состоит из тонких резонансных диафрагм четвертьволновых волноводных секций. Например, у фильтра с резонансной диафрагмой улучшилось внеполосное подавление [2], кроме того, щелевая диафрагма была исследована в виде поперечных сечений для полосового фильтра [3]. Тем не менее такой полосовой фильтр, использующий только диафрагмы, не обеспечивает подавления кратных резонансов, возникающих в полосах заграждения по обе стороны от полосы пропускания. Таким образом, появился новый тип резонатора, имеющий оригинальную резонансную структуру, которая представляет собой частотно-селективную поверхность (ЧСП) [4].

На рис. 1 представлен пример возможности использования частотно-селективной резонансной

Системы управления, космическая навигация и связь

биться требуемой полосы пропускания фильтра. Применение плоских диафрагм на основе ЧСП структур предусматривает разъемное соединение волноводов. Частотная характеристика волноводного фильтра с единичной диафрагмой, показана на рис. 2, а. Для увеличения полосы пропускания и крутизны спада амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) предполагается увеличение количества диафрагм до трех, как показано на рис. 2, б. На рис. 2, б изображено сравнение АЧХ разработанной диафрагмы на основе ЧСП и АЧХ диафрагмы представленной на рис. 1, б. По рис. 2, б видно, что разработанная конфигурация сегментов резонансной структуры обладает большей полосой пропускания и крутизны спада АЧХ.

Рис. 1. Пример волноводного фильтра с ЧСП: а — АЧХ одиночной диафрагмы; б — АЧХ фильтра, состоящего из трех диафрагм

поверхности произвольной области в качестве диафрагмы в волноводном фильтре и его частотные характеристики [5].

На рис. 2, а представлена разработанная конструкция ЧСП диафрагм в волноводном фильтре.

При расчетах использовался диэлектрик, покрытый тонким слоем металлизации. Введение четвертьволновых связей в резонансную структуру диафрагмы позволяет получить не зависящий от частоты фазовый сдвиг ±90о. За счет увеличения количества сегментов, образующих резонансную структуру, увеличивается добротность, что дает уменьшение связи щели с полем. Таким образом, за счет изменения количества резонаторов и щелей на ЧСП диафрагмы можно до-

Рис. 2. Разработанный волноводный фильтр с ЧСП: а — АЧХ одиночной диафрагмы; б — АЧХ фильтра, состоящего из трех диафрагм

Таким образом, для обеспечения требуемой полосы частот, потерь в полосе пропускания, уровня заграждения в области подавления волноводного полосового фильтра возможно применение волноводного фильтра с плоскими диафрагмами с ЧСП. Применение разработанного фильтра позволяет значительно снизить массогабаритные показатели такого фильтра по сравнению с рассмотренными. Также за счет увеличения количества диафрагм и изменения формы резонансных структур можно изменять АЧХ фильтров.

1. Arndt F., Duschak T., Papziner U., Rolappe P. Asymmetric iris coupled filters with stopband poles. IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Dallas, TX, May 1990, р. 215-218.

2. Piloni M., Ravenelli R., Guglielmi M. Resonant aperture filters in rectangular waveguide. IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Anaheim, CA, Jun. 1999, р. 911-914.

3. Seager R. D., Vardaxoglou J. C., Lockyer D. S. Close coupled resonant aperture inserts for waveguide filtering applications. IEEE Microw. Compon. Lett., vol. 11, no. 3, 2001, р. 112-114.

4. Munk B. A. Frequency Selective Surfaces: Theory and Design.New York. Wiley, 2000.

5. Masataka Ohira, Hiroyuki Deguchi, Mikio Tsuji, and Hiroshi Shigesawa: Novel waveguide filters with multiple attenuation poles using dual-behavior resonance of frequency-selective surfaces. IEEE transactions on microwave theory and techniques, vol. 53, no. 11, november 2005.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ВТОРИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПО ИМПЕДАНСНЫМ ЧАСТОТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ*

Д. К. Лобанов, Е. А. Мизрах

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Приведен способ оценки запасов устойчивости вторичных источников питания по импедансным частотным характеристикам.

Ключевые слова: вторичный источник питания, устойчивость, импеданс.

DETERMINATION OF STABILITY OF SECONDARY POWER SUPPLIES USING IMPEDANCE FREQUENCY CHARACTERISTICS

D. K. Lobanov, E. A. Mizrakh

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation

Estimation method to determine stability of secondary power supplies using impedance frequency characteristics is demonstrated.

Keywords: secondary power supply, stability, impedance.

При проведении наземных испытаний систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА) возникает задача оценки запасов устойчивости стабилизирующих вторичных источников питания (ВИП). Задача осложняется тем, что ВИП изготовляются и поставляются сторонними организациями в виде законченных изделий без доступа к внутренним сигналам. Таким образом, оценка запасов устойчивости экспериментальным путём может проводиться только с помощью внешних воздействий. В работе предлагается оценивать устойчивость по виду импедансной частотной характеристики (ИЧХ) ВИП, стабилизирующих выходное напряжение (ВИПСН).

Исходя из функциональной схемы для выходного импеданса 7ВИПСН(5) (см. рисунок) ВИПСН можем записать:

ЛВИП _ т ( \ ~ ыт / \ , 1 ‘

где = ГУС1(*) ^хх(5) Кдн — ПФ разомкнутого

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082).

Волноводные фильтры

Волноводные фильтры находят широкое применение в системах радиосвязи (спутниковой и наземной) и в радиолокационных системах благодаря тому, что обеспечивают минимальные потери, высокую изоляцию, позволяют пропускать высокий уровень мощности. На основе волноводных линий можно строить следующие типы фильтров: фильтр нижних частот (ФНЧ), полосовой фильтр (ПФ), фильтр верхних частот (ФВЧ).

Волноводные фильтры обеспечивают широкую полосу пропускания и широкую полосу задержания. К примеру, в случае применения линии с П-образным поперечным сечением подобные фильтры позволяют обеспечить подавление паразитных сигналов передатчика до третьей гармоники.

ООО «СВВ» специализируется на разработке по требованиям заказчика и изготовлении волноводных фильтров различных типов, в том числе и фильтров с амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) специальной формы.

На этой странице приведены несколько примеров разработанных и изготовленных фильтров:

Также вы можете ознакомиться с волноводными фильтрами для систем спутниковой связи, разработанными и производимыми нашей организацией.

Волноводные фильтры

Волноводные фильтры – это волноводные устройства, которые используются для фильтрации электромагнитных волн. Они позволяют пропускать без ослабления одни частоты, и подавлять нежелательные частоты.
Принцип работы волноводных фильтров основан на использовании специальных элементов, таких как ферритовые перегородки, резонаторы и заглушки, которые позволяют выбирать и блокировать определенные частоты. Волноводные фильтры могут быть настроены на узкую полосу частот, либо могут на фильтрацию в широком диапазоне частот.
Волноводные фильтры могут быть использованы в широком спектре различных приложений, таких как радиотехника, телекоммуникации, медицинская техника и другие. Они используются для улучшения качества передачи сигнала, фильтрации шума и помех, и для создания стабильной и эффективной передачи данных.

Новости

19 марта 2018

Волноводный фильтр 89–99 ГГц от компании A-INFO

Компания A-INFO выпустила волноводный полосовой фильтр W диапазона – 10LB-BP-89000-99000. Данный компонент дополняет серию полосовых фильтров A-INFO.

Варианты построения гофрированных волноводных фильтров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ВОЛНОВОДНЫЙ ФИЛЬТР / WAVEGUIDE FILTER / ЧЕБЫШЕВСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА / CHEBYSHEV RESPONSE / ЭЛЛИПТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА / ELLIPTICAL RESPONSE / ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР / BANDPASS FILTER / ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ / LOWPASS FILTER

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Овечкин В.С., Попов Н.О.

Приведены методики и результаты расчетов и электродинамического моделирования полосовых фильтров и фильтров нижних частот на основе гофрированных волноводов с чебышевской и эллиптической характеристиками затухания. Выполнено сравнение гофрированных волноводных фильтров с разными характеристиками затухания и различным числом звеньев. Приведены преимущества гофрированных фильтров по сравнению с волноводными фильтрами других типов, определены особенности и области предпочтительного применения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Alternate Design of Corrugated Waveguide Filters

The study focuses on calculation data and techniques, as well as electromagnetic modeling results of bandpass and lowpass filters based on corrugated waveguides with Chebyshev and elliptical attenuation response. Corrugated filters with different attenuation responses and various number of resonators are compared, advantages of corrugated filters against other types of waveguide filters are specified, features of corrugated filters are defined and their preferred application fields are indicated

Текст научной работы на тему «Варианты построения гофрированных волноводных фильтров»

ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ ГОФРИРОВАННЫХ ВОЛНОВОДНЫХ ФИЛЬТРОВ

В.С. Овечкин Н.О. Попов

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация

Волноводный фильтр, чебышев-ская характеристика, эллиптическая характеристика, полосовой фильтр, фильтр нижних частот

Поступила в редакцию 14.12.2017 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Введение. В настоящее время волноводные фильтры находят широкое применение в различных областях радиоэлектроники, поскольку, несмотря на относительно большие габаритные размеры по сравнению с устройствами, построенными на основе альтернативных линий передачи (микрополосковых, коаксиальных и т. д.), обеспечивают существенно лучшие характеристики. Причем в процессе освоения более высокочастотных областей радиоспектра значение волноводных линий возрастает. Например, в коротковолновой области миллиметрового диапазона и в области субмиллиметровых волн только волноводы обеспечивают приемлемый уровень потерь в трактах более или менее заметной длины.

В настоящее время в сантиметровом и миллиметровом диапазонах наиболее широко применяются следующие типы волноводных фильтров [1, 2]:

— на объемных резонаторах;

— с применением тонких поперечных диафрагм;

— с пластиной в Е-плоскости;

Недостатком волноводных фильтров большинства типов является наличие в их конструкции элементов низкой технологичности: штырей, диафрагм, пластин, диэлектрических вставок. При повышении рабочих частот устройств наличие подобных элементов ведет к ухудшению характеристик и необходимости вводить элементы подстройки. Указанного недостатка лишены волноводные гофрированные фильтры, что делает их применение наиболее перспективным. Они не содер-

жат тонких пластин, конструкцию таких фильтров можно оптимизировать, чтобы полностью изготовлять их на фрезерных станках. Также разрез корпуса может быть выполнен по середине широкой стенки, что делает его неизлучающей щелью, сводя к минимуму вносимые потери [3]. Еще одним преимуществом гофрированных фильтров является возможность получения как чебышевской, так и эллиптической форм АЧХ.

Фильтрующая структура волноводного гофрированного фильтра образуется чередующимися по ширине или высоте отрезками прямоугольных волноводов. По этому принципу могут строиться как полосовые фильтры (ПФ), так и фильтры нижних частот (ФНЧ).

В настоящей статье рассмотрено семейство гофрированных ПФ Ки-диапа-зона: три с чебышевской характеристикой и два с эллиптической, с центральной частотой 13,5 ГГц и двумя ширинами полос пропускания 100 и 700 МГц.

Расчет гофрированных фильтров с чебышевской характеристикой. Для расчета фильтров с чебышевской характеристикой применялась методика, описанная в [4].

Первым этапом расчета является расчет фильтра-прототипа. Эквивалентная схема приведена на рис. 1.

Рис. 1. Обобщенная схема ПФ с инверторами сопротивлений (К01, К02, . Кп, п+1): Х1(/), Х2 (_/), . Хп (/) — резонаторы, включенные каскадно

По фильтру-прототипу определяем число звеньев фильтра и коэффициенты связи. В роли инвертора сопротивлений выступает «толстая» индуктивная диафрагма, в роли резонатора — участок прямоугольного волновода между инверторами.

Сначала находим длину волны в волноводе на центральной частоте фильтра. В случае узкополосного фильтра (А,в.в ~ Ав.н) применяется следующая формула:

где А,в.в и А,в.н — длины волн на частотах среза (сверху и снизу).

Если полоса пропускания фильтра достаточно широкая, т. е. соотношение А-в.в = А,в.н не соблюдается, для определения длины волны в волноводе на центральной частоте необходимо решить следующее уравнение:

Яв.нЗтГп^°1 + ^в.вЗтГя^°1 = 0. (2)

Далее рассчитываем масштабирующий коэффициент

где А,вз — длина волны в волноводе на частоте, где требуется получить определенный уровень подавления.

Затем определяем число резонаторов N, при котором будет обеспечиваться требуемое подавление на частоте fз,

где TN — полином Чебышева степени N.

Коэффициент в, определяющий величину пульсаций чебышевской характе ристики в полосе пропускания, находим из уравнения

где B — максимальный уровень неравномерности в полосе пропускания фильтра.

Импеданс распределенных элементов Zn и коэффициенты инвертора и+1 рассчитываем по следующим выражениям:

y = sh I — arcsh | 1

Коэффициенты связи определяем как

при этом Zo = Zn+l = 1.

Далее нужно найти соответствие рассчитанных коэффициентов связи фильтра-прототипа и физических размеров инвертора сопротивлений.

Зависимость коэффициентов связи от коэффициента отражения индуктивной диафрагмы (инвертора сопротивлений) находим по следующей формуле [5]:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рассчитав коэффициенты отражения, соответствующие коэффициентам связи, требуется определить в программе электродинамического моделирования геометрические размеры диафрагмы. Авторы использовали программный пакет электродинамического моделирования KeySight EMPro. Также для подобных расчетов могут применяться и другие программы, например CST Microwave Studio или Ansys HFSS. Данные операции следует повторить для всех инверторов сопротивлений, входящих в состав фильтра. Расчет выполняется на центральной рабочей частоте.

Затем переходят к расчету длин резонаторов. Длина резонатора приблизительно равна половине длины волны в волноводе. Точные размеры определяются в программе электродинамического моделирования. Для этого, изменяя длину резонатора, добиваются того, чтобы его резонансная частота соответствовала центральной частоте фильтра.

После расчета размеров всех диафрагм и резонаторов фильтр собирается в единую структуру в программе электродинамического моделирования.

По данной методике рассчитаны следующие гофрированные фильтры с чебы-шевской характеристикой: трехзвенный фильтр с полосой пропускания 100 МГц и пятизвенные фильтры с полосами 100 и 700 МГц.

Для полосы пропускания 100 МГц удовлетворительные характеристики внутри полосы (коэффициент отражения на уровне -17 дБ, что соответствует неравномерности 0,1 дБ) достижимы при использовании трех резонаторов, однако пятизвенная структура имеет лучшее подавление вне полосы пропускания, а также позволяет улучшить неравномерность внутри нее. Частотные зависимости s-па-раметров для трех- и пятизвенного фильтров приведены на рис. 2.

Для формирования фильтра с полосой пропускания 700 МГц применялась только пятизвенная структура, так как построить подобный фильтр на основе трехзвенной структуры с приемлемыми характеристиками в полосе пропускания не представляется возможным. Частотные зависимости s-параметров пятизвенного фильтра с полосой пропускания 700 МГц (13,15. 13,85 ГГц) приведены на рис. 3.

Расчет гофрированных фильтров с эллиптической характеристикой.

Указанные фильтры построены на основе резонаторов с возбуждением двух высших типов волн: Hm0n и Hp0q [6, 7]. Ширина резонаторов с таким принципом работы превышает ширину регулярной части волновода. Типы волн: Hm0n и Hp0q выбираются с условием, что m Ф p и n Ф q. Обе волны резонируют на одной частоте, связанной с размерами резонатора и типом волны формулой

12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 Частота, ГГц

Рис. 2. Частотные зависимости ^-параметров трех- (черный) и пятизвенного (синий)

фильтров с чебышевской характеристикой

Рис. 3. Частотные зависимости ^-параметров пятизвенного фильтра с чебышевской

Поскольку обе волны имеют резонанс на одной частоте fрl = fр2, то в результате математических преобразований получается выражение

По приведенным соотношениям находим примерные размеры резонатора, после чего, регулируя его длину и ширину, получаем требуемые характеристики. Изменяя ширину резонатора, можно управлять положением провала АЧХ относительно полосы пропускания (рис. 4).

О -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80

12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 Частота, ГГц

Рис. 4. Частотные зависимости ^-параметров резонатора, возбуждающего два типа волн: с левым (черный) и правым (синий) положениями провала АЧХ

При одинаковом числе звеньев фильтры, построенные на основе резонаторов с возбуждением двух высших типов волн, имеют полосу пропускания шире, чем фильтры, выполненные на основе резонаторов с возбуждением основного типа волны, а также обладают лучшей прямоугольностью.

Для получения провалов с двух сторон от полосы пропускания и расширения полосы пропускания необходимо объединить два и более резонатора, возбуждающих волны двух типов.

Волноводный канал рассчитанного фильтра с шириной полосы пропускания 100 МГц состоит из двух резонаторов. Требуемая точность и конструкция фильтра также позволяют изготовлять его на фрезерном станке, что делает его технологичным и дешевым.

Расчет фильтра с полосой пропускания 700 МГц показал, что двух резонаторов недостаточно для получения полосы такой ширины, из-за чего в конструкцию добавлен еще один резонатор, в отличие от двух первых резонаторов работающий на основном типе волны Н10.

Полученные частотные зависимости 5-параметров фильтров с эллиптической характеристикой приведены на рис. 5.

Внутренние объемы рассчитанных фильтров приведены на рис. 6.

Для получения удовлетворительных характеристик потребовалось большое значение коэффициента связи между резонатором с двумя типами волн и резонатором с основным типом волны, из-за чего диафрагма между ними получилась очень тонкой и непригодной для изготовления на фрезерном станке. В результате конструкция фильтра стала состоять из пяти деталей, что существенно понизило ее технологичность.

Расширение полосы задержания. Часто требуется обеспечить подавление паразитных сигналов не только вблизи полосы пропускания, но и на частотах,

Рис. 5. Частотные зависимости ^-параметров двух- (черный) и трехзвенного (синий) фильтров с эллиптической характеристикой

Рис. 6. Внутренние объемы фильтров Чебышева (вверху) и эллиптических фильтров

существенно отстоящих от нее. Несложно обеспечить хорошее подавление в области низких частот, так как волновод сам по себе является фильтром верхних частот. Сложнее обеспечить хорошее подавление в области высоких частот, хотя часто это бывает необходимо. Известно, например, что вторая гармоника на выходе усилителя, работающего в нелинейном режиме, часто является самой мощной по сравнению с остальными. Для рассматриваемых гофрированных ПФ область вблизи частоты, в 2 раза большей центральной рабочей частоты, попадет в паразитную полосу пропускания.

Вариантом обеспечения хорошего подавления в области высоких частот является применение волноводного фильтра нижних частот, имеющего широ-

кую полосу пропускания, начинающуюся от критической частоты волновода, и широкую полосу задержания [8]. Фильтры нижних частот включаются каскадно с ПФ.

Расчет ФНЧ проводится в два этапа: предварительное определение размеров по упрощенной методике, например по методике на основе графиков Кона [9], и оптимизация в программе электродинамического моделирования.

Внутренний объем полученного ФНЧ и частотные зависимости его 5-пара-метров приведены на рис. 7.

Рис. 7. Частотные зависимости ^-параметров и внутренний объем ФНЧ

На частотах ниже 8 ГГц волновод является запредельным. Электродинамическое моделирование показывает уменьшение коэффициента отражения, хотя фактически электромагнитные волны на этих частотах являются затухающими в рассматриваемой структуре.

Частотные зависимости 5-параметров рассчитанных ПФ без и с ФНЧ приведены на рис. 8-10. Из графиков следует, что у рассчитанных ПФ нижние частоты паразитных полос пропускания равны 1,7/0 и 1,5/0 для фильтров с чебышевской характеристикой и полосой пропускания 100 и 700 МГц; 1,2/0 и 1,15/0 для фильтров с эллиптической характеристикой и полосой пропускания 100 и 700 МГц.

После объединения ФНЧ и трехзвенного ПФ (100 МГц) подавление в области паразитной полосы пропускания составило более 40 дБ, а после объединения ФНЧ с пятизвенным ПФ (100 МГц) подавление в области паразитной полосы пропускания составило более 70 дБ.

После объединения ФНЧ и пятизвенного полосового фильтра (700 МГц) подавление в области паразитной полосы пропускания составило более 40 дБ. Объединение трехзвенного эллиптического полосового фильтра (700 МГц) и ФНЧ позволило ослабить на 10 дБ паразитную полосу на ее нижней граничной частоте. На более высоких частотах подавление увеличивается.

18 20 22 Частота, ГГц а

18 20 22 Частота, ГТц б

Рис. 8. Частотные зависимости ^-параметров трех- (я) и пятизвенного (б) фильтров Чебышева с полосой пропускания 100 МГц без (черный) и с подключенным

18 20 22 Частота, ГТц а

Рис. 9 (начало). Частотные зависимости ^-параметров пятизвенного фильтра Чебышева (я) и трехзвенного фильтра с эллиптической характеристикой (б) с полосой пропускания 700 МГц без (черный) и с подключенным (синий) ФНЧ

18 20 22 Частота, ГГц б

Рис. 9 (окончание). Частотные зависимости s-параметров пятизвенного фильтра Чебышева (а) и трехзвенного фильтра с эллиптической характеристикой (б) с полосой пропускания 700 МГц без (черный) и с подключенным (синий) ФНЧ

18 20 22 Частота, ГГц

Рис. 10. Частотные зависимости ^-параметров двухзвенного фильтра с эллиптической характеристикой без (черный) и с подключенным (синий) ФНЧ

Объединение двухзвенного эллиптического ПФ (100 МГц) и ФНЧ позволило ослабить на 30 дБ паразитную полосу на ее граничной частоте.

Сравнение характеристик рассчитанных фильтров. Обобщим характеристики исследованных фильтров, объединив их в таблице.

Сравнение полученных результатов

Сравниваемый параметр Форма АЧХ

Фильтр Чебышева Эллиптический фильтр

Центральная частота, ГГц 13,5 13,5 13,5 13,5 13,5

Полоса пропускания, ГГц 100 100 700 100 700

Сравниваемый параметр Фильтр Чебышева Эллиптический фильтр

Число резонаторов 3 5 5 2 3

511 максимальный в полосе пропускания, дБ -17 -20 -22 -18 -20

Подавление при отстройке 0,1 ГГц от границы -25 -40 -14 -60 -35

полосы пропускания, дБ

Подавление при отстройке 0,2 ГГц от границы -35 -55 -30 -40 -15

полосы пропускания, дБ

Начало паразитной поло-

сы пропускания относительно центральной 1,7/0 1,7/0 1,5/0 1,2/0 1,15/0

ние между основной и 80 100 75 60 100

паразитной полосами, дБ

ФНЧ подавление паразитной полосы 40 80 40 35 30

(при / > 17 ГГц), дБ

ние между основной

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

полосой пропускания и паразитной полосой >120 120 110 120 >120

пропускания второй гар-

моники после включения

Габаритные размеры, мм 58x19x9,5 90x19x9,5 90,5x19x9,5 72x27x9,5 84x68x9,5

Габаритные размеры (ФНЧ), мм 164x19x9,5 196x19x9,5 196,5x19x9,5 178x27x9,5 191x68x9,5

Как следует из приведенных данных, при полосе пропускания менее 1. 3 % и сопоставимом числе резонаторов эллиптический фильтр обеспечивает более резкий спад (затухание ~40 дБ) на границе полосы пропускания по сравнению с фильтром с чебышевской характеристикой (затухание порядка 20 дБ). Для получения схожих характеристик необходимо значительно увеличить число резонаторов фильтра Чебышева, что делает его более громоздким и трудоемким при расчете и производстве.

При увеличении до 5 % полосы пропускания эллиптический фильтр теряет свои технологические преимущества, а также уменьшается его подавление вне полосы пропускания, однако подавление на границе полосы пропускания все еще остается хорошим по сравнению с фильтром Чебышева и составляет ~40 дБ.

При увеличении полосы пропускания паразитная полоса приближается к основной полосе пропускания. У эллиптических гофрированных фильтров паразитные полосы пропускания располагаются ближе, чем у фильтров Чебышева.

Потери в нескольких разработанных и изготовленных гофрированных фильтрах составляли 0,1; 0,2 и 0,25 дБ для трех полосовых фильтров (X-, Ka- и V-диапазона соответственно) и 0,15 дБ для ФНЧ Ku—диапазона. Корпусные детали изготовленных фильтров покрыты серебром.

Выводы. 1. Гофрированные волноводные фильтры имеют дешевую и технологичную конструкцию.

2. На основе гофрированных волноводных структур можно строить как ПФ, так и ФНЧ.

3. Можно построить гофрированные ПФ как с чебышевской, так и с эллиптической формами АЧХ.

4. Если требуется широкополосный фильтр (относительная полоса пропускания более 5 %), то лучше использовать фильтры с чебышевской характеристикой, поскольку у фильтров с эллиптической характеристикой наблюдается деградация параметров в полосе задержания, а также возникает необходимость использования тонких диафрагм, требующих отдельной прецизионной обработки, т. е. теряются технологические преимущества.

5. Если требуется узкополосный фильтр с хорошей прямоугольностью, то предпочтительнее применение эллиптических фильтров, которые позволяют при меньшем числе резонаторов и меньших габаритных размерах получить лучшие характеристики по сравнению с чебышевскими фильтрами. Подобные фильтры идеально подходят для построения многоканальных волноводных мультиплексоров [10], используемых в радиосистемах с частотным разделением сигналов.

6. Потери в гофрированных фильтрах составляют от 0,1 дБ в X-диапазоне до 0,25 дБ в У-диапазоне.

1. Шаров Г.А. Волноводные устройства сантиметровых и миллиметровых волн. М.: Горячая линия-Телеком, 2016. 640 с.

2. Cameron R.J., Kudsia Ch.M., Mansour R.R. Microwave filters for communication systems: fundamentals, design and applications. Wiley, 2007. 804 р.

3. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Либроком, 2012. 416 с.

4. Bui L.Q., Ball D., Itoh T. Broad-band millimeter-wave E-plane bandpass filters // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1984. Vol. 32. No. 12. P. 1655-1658.

DOI: 10.1109/TMTT. 1984.1132908 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/1132908

5. Liang J.F., Chang H.Ch., Zaki K.A. Design and tolerance analysis of thick iris waveguide bandpass filters // IEEE Transactions on Magnetics. 1993. Vol. 29. No. 2. P. 1605-1608.

DOI: 10.1109/20.250711 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/250711

6. Jarry P., Beneat J. Advanced design techniques and realizations of microwave and RF filters. Wiley, 2008. 443 p.

7. Jarry P., Kerherve E., Roquebrun O., et al. Rectangular realizations of a new class of dual-mode microwave filters // Proc. SBMO / IEEEMTT-S IMOC. 2003. P. 9-12.

DOI: 10.1109/IM0C.2003.1244822 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/1244822

8. Gal T., Ladvanszky J., Lenart F. Improvement of waveguide diplexer components // Asia-Pacific Microwave Conf. Proc. 2013. P. 28-30. DOI: 10.1109/APMC.2013.6695180

9. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. T. 1. М.: Связь, 1971. 443 с.

10. Чехутский В.И., Овечкин В.С. Трехканальный волноводный мультиплексор Ku-диапа-зона на основе полосовых фильтров с пластиной в E-плоскости // Молодежный научно-технический вестник. 2013. № 10. URL: http://ainsnt.ru/doc/616319.html

Овечкин Василий Сергеевич — старший преподаватель кафедры «Радиоэлектронные устройства и системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Российская Федерация, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5).

Попов Никита Олегович — студент кафедры «Радиоэлектронные устройства и системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Российская Федерация, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5).

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Овечкин В.С., Попов Н.О. Варианты построения гофрированных волноводных фильтров // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2018. № 4. C. 45-58. DOI: 10.18698/0236-3933-2018-4-45-58

ALTERNATE DESIGN OF CORRUGATED WAVEGUIDE FILTERS

V.S. Ovechkin N-О. Popov

Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation

Waveguide filter, Chebyshev response, elliptical response, bandpass filter, lowpassfilter

[1] Sharov G.A. Volnovodnye ustroystva santimetrovykh i millimetrovykh voln [Waveguide properties of sm and mm-band waves]. Moscow, Goryachaya liniya-Telekom Publ., 2016. 640 p.

[2] Cameron R.J., Kudsia Ch.M., Mansour R.R. Microwave filters for communication systems: fundamentals, design and applications. Wiley, 2007. 804 p.

[3] Baskakov S.I. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and propagation of electrowaves]. Moscow, Librokom Publ., 2012. 416 p.

[4] Bui L.Q., Ball D., Itoh T. Broad-band millimeter-wave E-plane bandpass filters. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1984, vol. 32, no. 12, pp. 1655-1658.

DOI: 10.1109/TMTT.1984.1132908 Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/1132908

[5] Liang J.F., Chang H.Ch., Zaki K.A. Design and tolerance analysis of thick iris waveguide bandpass filters. IEEE Transactions on Magnetics, 1993, vol. 29, no. 2, pp. 1605-1608.

DOI: 10.1109/20.250711 Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/250711

[6] Jarry P., Beneat J. Advanced design techniques and realizations of microwave and RF filters. Wiley, 2008. 443 p.

[7] Jarry P., Kerherve E., Roquebrun O., Guglielmi M., Schmitt D., Pham J.M. Rectangular realizations of a new class of dual-mode microwave filters. Proc. SBMO / IEEEMTT-S IMOC, 2003, pp. 9-12. DOI: 10.1109/IM0C.2003.1244822

Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/1244822

[8] Gal T., Ladvanszky J., Lenart F. Improvement of waveguide diplexer components. Asia-Pacific Microwave Conf. Proc, 2013, pp. 28-30. DOI: 10.1109/APMC.2013.6695180

Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/6695180

[9] Matthaei G., Jones E.M.T., Young L. Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures. Artech House, 1980. 1096 p.

[10] Chekhutskiy V.I., Ovechkin V.S. Three-channel waveguide Q-band multiplexer based on band-pass filter with a plate in E-plane. Molodezhnyy nauchno-tekhnicheskiy vestnik, 2013, no. 10 (in Russ.). Available at: http://ainsnt.ru/doc/616319.html

Ovechkin V.S. — Assist. Professor, Department of Radioelectronic Systems and Devices, Bauman Moscow State Technical University (2-ya Baumanskaya ul. 5, Moscow, 105005 Russian Federation).

Popov N.O. — student, Department of Radioelectronic Systems and Devices, Bauman Moscow State Technical University (2-ya Baumanskaya ul. 5, Moscow, 105005 Russian Federation).

Please cite this article in English as:

Ovechkin V.S., Popov N.O. Alternate Design of Corrugated Waveguide Filters. Vestn. Mosk. Gos. Tekh. Univ. im. N.E. Baumana, Priborostr. [Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ., Instrum. Eng.], 2018, no. 4, pp. 45-58 (in Russ.). DOI: 10.18698/0236-3933-2018-4-45-58

Где применяются волноводные фильтры свч

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Лапин А.Ю., Крылов Ю.В.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Лапин А.Ю., Крылов Ю.В.

WAVEGUIDE FILTERS BASED ON A FREQUENCY-SELECTIVE SURFACE

Текст научной работы на тему «Волноводные фильтры на основе частотно-селективной поверхности»

Волноводные фильтры

Волноводные фильтры

Новости

Волноводный фильтр 89–99 ГГц от компании A-INFO

Варианты построения гофрированных волноводных фильтров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Овечкин В.С., Попов Н.О.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Овечкин В.С., Попов Н.О.

Alternate Design of Corrugated Waveguide Filters

Текст научной работы на тему «Варианты построения гофрированных волноводных фильтров»

Добавить комментарий Отменить ответ