В.В. Комаров1, С.К. Бушанский2, А.О. Чуркин3

1,2,3 Саратовский государственный технический университет имени Гагарина А.Ю. (г. Саратов, Россия)

Постановка проблемы. Волноводные и резонаторные СВЧ-фильтры продолжают оставаться важнейшими компонентами радиоэлектронных систем высокого уровня мощности. СВЧ-фильтры на объемных резонаторах представляют большой интерес как отдельная группа устройств подобного типа. Области применения резонаторных СВЧ-фильтров постоянно расширяются, а разнообразие их конструкций достаточно велико. Кроме того, требования к их электродинамическим характеристикам и надежности в настоящее время возрастают. В связи с этим возникает необходимость анализа уже созданных конструкций таких устройств и изучения основных направлений их дальнейшего усовершенствования. 

Цель. Провести обзор известных конструкций полосовых фильтров, выполненных на объемных резонаторах микроволнового диапазона.

Результаты. Проанализированы технические решения устройств фильтрации электромагнитных волн на объемных резонаторах с коаксиальными и волноводными элементами связи различных частотных диапазонов. В качестве основного критерия классификации данных устройств предложено использовать конфигурацию базовых резонаторов. В соответствии с этим критерием рассмотрены пять групп фильтров: на прямоугольных, цилиндрических, сферических, коаксиальных резонаторах, а также фильтры на резонаторах сложной формы.  

Практическая значимость. Проведенный обзор позволяет исследовать особенности реализации различных технических решений для полосовых СВЧ-фильтров среднего и высокого уровня мощности и выявить основные тенденции развития данного научного направления. 

Комаров В.В., Бушанский С.К., Чуркин А.О. СВЧ-фильтры на объемных резонаторах // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 6. С. 44–57. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202106-05

1. Фильтрация и спектральный анализ радиосигналов. Алгоритмы, структуры, устройства / Под ред. Ю.В. Гуляева. М.: Радиотехника. 2020.
2. Cameron R.J., Kudsia C.M., Mansour R.R. Microwave filters for communication systems. NY: Wiley. 2007.
3. Апин М.П., Боков С.И., Бушуев Н.А. и др. СВЧ-фильтры и мультиплексоры для систем космической связи / Под ред. В.П. Мещанова. М.: Радиотехника. 2017.
4. Dounamis E., Goussetis G., Kosmopoulos S. Filter design for satellite communications. Boston: Artech House. 2015.
5. Guo Z.-C., Zhu L., Wong S.-W. Synthesis of transversal bandpass filters on stacked rectangular H-plane waveguide cavities // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. V. 67. № 9. P. 3651–3660. 
6. Feng S.-F., Wong S.-W., Zhu L., Chu Q.-X. A triple-mode wideband bandpass filter using single rectangular waveguide cavity // IEEE Microwave and Wireless Components Letters 2017. V. 27. № 2. P. 117–119.
7. Lin J.-Y., Li M., Wong S.-W., Yang Y., Zhu X. A cavity triple-mode filter with excitation of L-shape model // Proceedings of the Australian Microwave Symposium. 2018. Brisbane. Australia. P. 17–18. 
8. Basavarajappa G., Mansour R.R. A high-Q quadruple-mode rectangular waveguide resonator // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2019. V. 29. № 5. P. 324–326. 
9. Chen R.-S., Wong S.-W., Lin J.-Y., He Y. Miniaturized microwave filter using circular spiral resonators in a single metal cavity // Proceedings of the IEEE International Microwave Symposium. 2019. Boston. USA. P. 1347–1350. 
10. Chen R.-S., Zhu L., Lin J.-Y. et al. Miniaturized full-metal dual-band filter using dual-mode circular spiral resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2020. V. 30. № 6. P. 573–576. 
11. Wu Y.-M., Zhou S.-Y., Lin J.-Y. et al. Design of wideband bandpass filter using quadruple-mode rectangular cavity resonator // Proceedings of the IEEE Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation. 2017. Xian. China. Р. 1–3.
12. Sh-Asanjan D., Mansour R.R. A novel coaxial resonator for high power applications // Proceedings of the 44th European Microwave Conference. 2014. Rome. Italy. P. 295–298. 
13. Hameed M., Xiao G., Qiu L. et al. Multi-mode wideband bandpass filter using split ring resonators in a rectangular waveguide cavity // Electronics. 2018. V. 7. P. 356–365. 
14. Mira F., San Blas A.A., Boria V.E., Rogla L.J., Gimeno B. Wideband generalized admittance matrix representation for the analysis and design of waveguide filters with coaxial excitation // Radio Science. 2013. V. 48. № 1. P. 50–60.
15. Bastioli S., Snyder R.V., Macchiarella G. Design of in-line filters with strongly coupled resonator triplet // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2018. V. 66. № 12. P. 5585–5592.
16. Bastioli S.,Tomassoni C., Sorrentino R. A new class of waveguide dual-mode filters using TM and nonresonating modes // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2010. V. 58. № 12. P. 3909–3917. 
17. Bastioli S., Snyder R.V., Tomassoni C. Over-moded transverse magnetic cavity filters for narrowband millimeter-wave applications // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2019. V. 29. № 5. P. 321–323. 
18. Pelliccia L., Tomassoni C., Cacciamani F. et al. Very-compact waveguide bandpass filter based on dual-mode TM cavities for satellite applications in Ku-band // Proceedings of the 48th Microwave European Conference. 2018. Madrid. Spain. P. 93–96.
19. Liu X., Katehi L.P., Peroulis D. Novel dual-band microwave filter using dual-capacitively-loaded cavity resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2010. V.20. № 11. P. 610–612. 
20. Macchiarella G., Gentili G.G., Tomassoni C. et al. Design of waveguide filters with cascaded singlets through a synthesis-based approach // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020. V. 68. № 6. P. 2308–2319. 
21. Wu Q., Zhu F., Yang Y., Shi X. An effective approach to suppressing the spurious mode in rectangular waveguide filters // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2019. V. 29. № 11. P. 703–705. 
22. Miek D., Simmich S., Kamrath F., Hoft M. Additive manufacturing of E-plane cut dual-mode X-band waveguide filters with mixed topologies // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020. V. 68. № 6. P. 2097–2107. 
23. Cogollos S., Brumos M., Boria V., Vicente C., Gil J., Gimeno B., Guglielmi M. A systematic design procedure of classical dualmode circular waveguide filters using an equivalent distributed model // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012. V. 60. № 4. P. 1006–1017. 
24. Ossorio J., Melgarejo J.C., Boria V.E., Guglielmi M., Bandler J.W. On the alignment of low-fidelity and high-fidelity simulation spaces for design of microwave waveguide filters // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2018. V. 66. № 12. P. 5183–5196. 
25. Колегов А.Н., Морозов Н.В., Гошин Г.Г. Оптимизация СВЧ-мультиплексера на общем волноводе // Доклады ТУСУР. 2011. № 2 (24). С. 209–2013.
26. Cogolos S., Carceller C., Taronger M., Boria V.E., Guglielmi M., Vicente C., Brumos M. Correction of manufacturing deviations in waveguide filters and manifold multiplexers using metal insertions // International Journal of Microwave and Wireless Technologies. 2015. V. 7. P. 219–227. 
27. Hu H., Wu K.-L., Cameron R.J. Stepped circular waveguide dual-mode filters for broadband contiguous multiplexers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2013. V. 61. № 1. P. 139–145. 
28. Zhu L., Mansour R.R., Yu M. Compact waveguide dual-band filters and diplexers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2017. V. 65. № 5. P. 1525–1533. 
29. Sharma A.K. Cavity resonators // Wiley Encyclopedia of RF and Microwave Engineering / Ed. by K. Chang. N.Y.: Wiley. 2005. Р. 576–592.
30. Pandit H., Shi D., Babu N.H. et al. High Tc superconductor re-entrant cavity filter structures // Physica C. 2005. V. 425. P. 44–51.
31. Wong S.-W., Feng S.-F., Zhu L. Multi-mode wideband bandpass filters using waveguide cavities // Proceedings of the Asia-Pacific Microwave Conference. 2015. Nanjing. China. P. 1424–1426. 
32. Wong S.-W., Feng S.-F., Deng F., Zhu L., Chu Q.-X. A quintuple-mode wideband filter on single metallic cavity with perturbation cylinders // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2016. V. 26. № 12. P. 975–977. 
33. Kwak C., Uhm M., Yom I. K-band tunable cavity filter using dual TE211 mode // Proceedings of the IEEE MTT-S International Microwave Symposium. 2017. Honollolu. USA. P. 256–259. 
34. Morini A., Baldelli M., Venanzoni G., Farina M., Angeletti P., Iglesias P.M., Ernst C., Sidiropoulos N. Modeling and design of microwave filters employing overmoded empty cylindrical resonators // Proceedings of the 45th European Microwave Conference. 2015. Paris. France. P. 971–974. 
35. Wang C., Zaki K.A., Atia A.E. Dual-mode conductor-loaded cavity filters // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1997. V. 45. № 8. P. 1240–1246.
36. Patent № 4410865 US. Spherical cavity microwave filter / Young F.A., Griffin E.L. 1983.
37. Li L.S., Gan L.W. A five mode single spherical cavity microwave filter // Proceedings of the IEEE Microwave Symposium. 1992. Albuquerque. USA. P. 909–912. 
38. Guo C., Shang X., Li J., Zhang F., Lancaster M.J. A lightweight 3D printed X-band bandpass filter based on spherical dual-mode resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2016. V. 26. № 8. P. 568–570. 
39. Li J., Guo C., Mao L., Xu J. 3D printed bandpass filters using compact high-Q hemispherical resonators with improved out-of-band rejection // Electronics Letters. V.53. № 6. P. 413–415. 
40. Zhang F., Gao S., Li J. et al. 3-D printed slotted spherical resonator bandpass filters with spurious suppression // IEEE Access. 2019. V. 7. 128026-128024. 
41. Guo C., Shang X., Lancaster M.J. A 3-D printed lightweight X-band waveguide filter based on spherical resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2015. V. 25. № 7. P. 442–444. 
42. Salek M., Shang X., Lancaster M.J. Compact S-band coaxial cavity resonator filter fabricated by 3D printing // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2019. V. 29. № 6. P. 382–384. 
43. Wu Y., Gajaweera R., Everard J. Dual-band bandpass filters using coaxial stepped impedance resonators // Proceedings of the International Conference for Students on Applied Engineering. 2016. Newcastle upon Tyne. UK. P. 20–24. 
44. Dad V.K., Gupta S. Novel high-Q coaxial resonator filter for millimeter wave application // Proceedings of the IEEE International Microwave and RF Conference. 2017. Ahmedabad. India. P. 200–203. 
45. Jaimes-Vera A., Llamas-Garro I., Corona-Chavez A., Zaldivar-Huerta I. CAD modeling of a microwave rectangular coaxial filtering device // Proceedings of the IEEE 17th International Conference on Electronics, Communications and Computers. 2007. Cholula, Puebla. Mexico. P. 20–25. 
46. Jaimes-Vera A., Llamas-Garro I., Corona-Chavez A. Coaxial narrowband filters using a versatile suspended resonator // Progress in Electromagnetics Research. 2011. V. 115. P. 79–94. 
47. Doumanis E., Bulja S., Kozlov D. Compact coaxial filters for BTS applications // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2017. V. 27. № 12. P. 1077–1079. 
48. Xie Y., Chen F.-C., Chu Q.-X., Xue Q. Dual-band coaxial filter and diplexer using stub-loaded resonators // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020. V. 68. № 7. P. 2691–2700.
49. Xu J.-X., Yang L., Yang Y., Zhang X.Y. High-Q-factor tunable bandpass filter with constant absolute bandwidth and wide tuning range based on coaxial resonators // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. V. 67. № 10. P. 4186–4195. 
50. Anwar M.S., Dhanyal H.R. Design of S-band combline coaxial cavity bandpass filter // Proceedings of the 15th International Bhurban Conference on Applied Science and Technology. 2018. Islamabad. Pakistan. P. 866–869. 
51. Hoft M., Yousif F. Orthogonal coaxial cavity filters with distributed cross-coupling // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2011. V. 21. № 10. P. 519–521.
52. Lopez-Oliver E., Tomassoni C., Silvestri L. et al. 3-D printed compact bandpass filters based on conical posts // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2021. V. 69. № 1. P. 616–628.
53. Wang X., Jang G., Lee B., Park N. Compact quad-mode bandpass filter using modified coaxial cavity resonator with improved Qfactor // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2015. V. 63. № 3. P. 965–975.