ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР СВЧ
BANDPASS MICROWAVE FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в частотно-селективных цепях приемопередающих устройств СВЧ.
Из уровня техники известен фильтр СВЧ (патент на изобретение US №6529750, дата публикации 04.03.2003 г.), содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой - микрополосковая структура, реализующая элементы фильтра, с цепями связи между двумя несоседними резонаторами, для повышения избирательности вблизи рабочей полосы фильтра.
Недостатками указанного устройства являются отсутствие возможности подстройки фильтра по избирательности и повышенная точность оборудования для изготовления микрополосковой структуры.
Известен микрополосковый фильтр СВЧ («Компактные микрополосковые фильтры с повышенной селективностью», Николаев М., Современная электроника, №1 2008, стр.28-30), содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне расположена система связанных резонаторов из полосковых проводников. Требуемая форма частотной характеристики фильтра, а следовательно, и величина избирательности, обеспечивается выбором связей между соседними и несоседними резонаторами. Связь между несоседними резонаторами установлена посредством разомкнутой на концах полосковой линии. Наличие индуктивной пространственной связи между несоседними резонаторами фильтра дают полюса затухания в полосе заграждения на заданных частотах, что обеспечивает повышение избирательности фильтра.
Недостатками указанного устройства являются отсутствие возможности плавной подстройки фильтра по избирательности, так как избирательность данного фильтра зависит от величины связи между несоседними резонаторами, которая зафиксирована топологией разомкнутой на концах полосковой линии, а также величиной зазоров между ней и связанными с ее помощью несоседними резонаторами (подстройка возможна лишь дискретная, обычно осуществляется путем удаления дискретных участков разомкнутой на концах полосковой линии); невозможность обратимой подстройки фильтра по избирательности (подстройка возможна лишь необратимая, поскольку осуществляется путем удаления дискретных участков разомкнутой на концах полосковой линии).
Известен микрополосковый фильтр СВЧ (патент на изобретение RU №1683099, опубликовано 07.10.1991 г., МПК: Н01Р 1/205), выбранный в качестве прототипа. Микрополосковый фильтр СВЧ содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне - система связанных резонаторов из полосковых V-образных проводников. Требуемая форма частотной характеристики фильтра, а следовательно, и величина избирательности, обеспечивается надлежащим выбором связей между соседними и несоседними резонаторами. Связь между несоседними резонаторами установлена посредством закороченной на концах полосковой линии. Наличие определенной связи между несоседними резонаторами фильтра дают полюса затухания в полосе заграждения на заданных частотах, что обеспечивает повышение избирательности фильтра.
Недостатками указанного устройства являются: отсутствие возможности подстройки фильтра по избирательности, так как избирательность данного фильтра зависит от величины связи между несоседними резонаторами, которая зафиксирована топологией закороченной на концах полосковой линии, и величиной зазоров между ней и связанными с ее помощью несоседними резонаторами; повышенная точность оборудования для изготовления микрополосковой структуры, необходимая для реализации требуемого коэффициента связи между закороченной на концах полосковой линией и связанными с ее помощью несоседними резонаторами.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение возможности плавной подстройки избирательности частотной характеристики, снижение потерь и повышение избирательности вблизи рабочей полосы полосно-пропускающего фильтра СВЧ, без искажения характеристик в рабочей полосе.
Технический результат достигается за счет того, что полосно-пропускающий фильтр СВЧ содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещен заземляющий экран, а на другой стороне - микрополосковая структура, реализующая элементы фильтра с цепями связи. При этом он отличается от прототипа тем, что микрополосковая структура включает первый, второй, третий и четвертый резонаторы, одни выводы которых замкнуты на заземляющий экран, а другие соединены между собой посредством первого, второго и третьего конденсаторов. При этом первый и четвертый резонаторы соединены с четвертым и пятым конденсаторами соответственно, а также с двумя плечами трансформатора на связанных линиях передачи, два других плеча которого замкнуты на заземляющий экран, образуя при этом между соседними первым, вторым, третьим и четвертым резонаторами связь емкостного типа, а между несоседними первым и четвертым резонаторами - связь индуктивного типа. Причем каждый резонатор полосно-пропускающего фильтра СВЧ может быть выполнен как в виде отрезка короткозамкнутой полосковой линии, так и в виде соответствующего коаксиального штыря. Трансформатор полосно-пропускающего фильтра СВЧ выполнен с возможностью изменения расстояния между связанными линиями передачи.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг.1 - конструкция полосно-пропускающего фильтра СВЧ;
Фиг.2 - конструкция трансформатора на связанных линиях передачи;
Фиг.3 - частотная характеристика избирательности полосно-пропускающего фильтра СВЧ.
Полосно-пропускающий фильтр СВЧ выполнен в виде диэлектрической подложки 1, на одной стороне которой расположен заземляющий экран 2. На другой стороне диэлектрической подложки полосно-пропускающий фильтр СВЧ содержит микрополосковую структуру, включающую первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 резонаторы, одни выводы которых замкнуты на заземляющий экран 2, а другие соединены между собой посредством первого 7, второго 8 и третьего 9 конденсаторов. При этом первый 3 и четвертый 6 резонаторы соединены с входом и выходом фильтра посредством четвертого 10 и пятого 11 конденсаторов, соответственно, а также посредством микрополосковых линий связи 17 и 18 они соединены с двумя плечами 12 трансформатора 13 на связанных линиях передачи 14 и 15, два других плеча 16 которого замкнуты на заземляющий экран 2, образуя при этом между соседними первым 3, вторым 4, третьим 5 и четвертым 6 резонаторами связь емкостного типа, а между несоседними первым 3 и четвертым 6 резонаторами - связь индуктивного типа. Причем каждый резонатор 3, 4, 5, 6 полосно-пропускающего фильтра СВЧ может быть выполнен как в виде отрезка короткозамкнутой полосковой линии, так и в виде соответствующего коаксиального штыря. Трансформатор 13 на связанных линиях передачи полосно-пропускающего фильтра СВЧ выполнен с возможностью изменения расстояния между связанными линиями передачи 14, 15.
В предлагаемой конструкции полосно-пропускающего фильтра СВЧ связь между соседними резонаторами 3, 4, 5, 6 - емкостного типа, а между несоседними резонаторами 3, 6 - индуктивного типа. В соответствии с общей теорией связанных резонаторов (Hong J.-Sh., Lancaster M. J. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. John Wiley & Sons, Inc, 2001) такое сочетание типов связи в четверке резонаторов дает пара полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания, повышая избирательность полосно-пропускающего фильтра СВЧ.
Все конденсаторы 7, 8, 9, 10, 11 полосно-пропускающего фильтра СВЧ могут быть элементами с распределенными, либо сосредоточенными параметрами.
Работа полосно-пропускающего фильтра СВЧ осуществляется следующим образом. Входной сигнал СВЧ поступает на вход полосно-пропускающего фильтра СВЧ и подвергается фильтрации частотно-селективной структурой, образованной из конденсаторов 10 и 11, резонаторов 3, 4, 5, 6 и элементов связи между резонаторами (конденсаторы 7, 8, 9 и трансформатор 13). Путем изменения расстояния между связанными линиями передачи 14, 15 трансформатора 13 меняется коэффициент связи между несоседними первым резонатором 3 и четвертым резонатором 6, что ведет к изменению положения полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания, изменяя избирательность полосно-пропускающего фильтра СВЧ. Регулировка избирательности полосно-пропускающего фильтра СВЧ в данном изобретении осуществляется механически, путем сгибания проволочных перемычек, используемых в качестве элементов связанных линий передачи 14, 15 трансформатора 13, без использования специальных инструментов и микроскопа, что способствует снижению трудоемкости и обеспечению технологичности производства.
Для примера конкретной реализации (Фиг.2) показан один из вариантов выполнения трансформатора 13 на связанных линиях 14, 15, входящего в состав полосно-пропускающего фильтра СВЧ. Связанные линии 14, 15 трансформатора 13 выполнены в виде П-образных проволочных перемычек 16, которые с одной стороны подключены к заземляющему экрану микрополосковой структуры, а с другой - соединены с микрополосковыми связанными линиями 17, 18, осуществляющими связь с двумя несоседними первым резонатором 3 и четвертым резонатором 6. При сгибании перемычек 16 трансформатора 13 в поперечном направлении изменяется расстояние W, а следовательно, и коэффициент связи между связанными линиями 14, 15, что ведет к изменению положения полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания, изменяя избирательность полосно-пропускающего фильтра СВЧ.
На Фиг.3 изображена экспериментальная характеристика избирательности частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра СВЧ, в зависимости от расстояния W между перемычками 16 трансформатора 13. Из сравнения кривых видно, что с уменьшением расстояния W между перемычками 16 избирательность вблизи рабочей полосы полосно-пропускающего фильтра СВЧ возрастает.
В предлагаемом полосно-пропускающем фильтре СВЧ введена возможность плавной подстройки частотной характеристики по избирательности за счет изменения коэффициента связи между связанными линиями трансформатора 13, включенного между несоседними первым резонатором 3 и четвертым резонатором 6.
Предлагаемая конструкция полосно-пропускающего фильтра СВЧ позволяет осуществлять возможность обратимой подстройки его частотной характеристики по избирательности (возможность при изменении коэффициента связи между связанными линиями 14, 15 трансформатора 13 вернуться к исходному его значению).
В предлагаемом полосно-пропускающем фильтре СВЧ снижены требования к точности изготовления микрополосковой структуры. Возможность плавной подстройки частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра СВЧ по избирательности позволяет уменьшить чувствительность его параметров к точности изготовления микрополосковой структуры, что значительно снижает себестоимость устройства.