ПОЛОСКОВЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОНА СВЧ

Предлагаемая полезная модель относится к области техники СВЧ и может быть использовано в частотно избирательных цепях трактов широкополосных систем радиосвязи, телекоммуникации, радиолокации и измерительных системах.
Известен полосковый частотный фильтр верхних частот (ФВЧ) диапазона СВЧ, описанный в [1]. Данный полосковый ФВЧ состоит из набора короткозамкнутых шлейфов с высоким волновым сопротивлением, образующих параллельно включенные индуктивности, и зазоров в микрополосковой линии, образующих последовательно включенные емкости. Как отмечается в [1], такие ФВЧ имеют невысокие электрические характеристики, т.к. возникают трудности обеспечения надежного короткого замыкания в печатном исполнении. Другой недостаток такой конструкции заключается в том, что без использования дополнительных диэлектрических слоев возможно реализовать только очень небольшие значения емкости последовательных конденсаторов в приемлемых габаритах. Диапазон рабочих частот такого ФВЧ ограничивается длиной короткозамкнутых шлейфов, образующих индуктивные элементы.
Известен полосковый ФВЧ диапазона СВЧ, описанный в [2]. Конструкция данного ФВЧ аналогична описанной выше, однако в данном случае вместо емкостных зазоров использованы дискретные емкостные элементы. Короткозамкнутые шлейфы реализованы в виде двух проводников, имеющих электромагнитную связь и подключенных по разные стороны относительно расположения дискретных конденсаторов или емкостных зазоров. Короткое замыкание выполнено в виде металлизации, расположенной на той же стороне диэлектрической подложки, что и топология ФВЧ. Недостатком данного ФВЧ является наличие в конструкции дискретных элементов, которые устанавливаются на плату методами поверхностного монтажа, что значительно снижает надежность конструкции и усложняет процесс изготовления устройства. Аналогично конструкции, описанной выше, диапазон рабочих частот ограничивается длиной короткозамкнутых шлейфов, поскольку на определенных частотах, когда длина такого шлейфа становится равной половине длины волны, соответствующей частоте сигнала в тракте, в полосе пропускания ФВЧ наблюдаются резонансные явления.
Известен широкополосный ФВЧ диапазона СВЧ, описанный в [3], являющийся наиболее близким по технической сути и выбранный за прототип. Емкостные элементы в конструкции данного широкополосного ФВЧ реализованы в виде монолитных тонкопленочных конденсаторов, выполненных на поверхности керамической подложки методами фотолитографии и осаждения диэлектрика из газовой фазы. Индуктивные элементы реализованы в виде дугообразных отрезков золотой проволоки, замкнутых через отверстия на экранный проводник, расположенный на обратной стороне подложки. В качестве материала подложки выбран поликор. Недостатком такой конструкции является необходимость установки индуктивных элементов методами сварки или пайки, а также дополнительной фиксации индуктивных элементов, что в свою очередь, является трудоемким процессом.
Задача полезной модели - уменьшение вносимых потерь, уменьшение уровня КСВН в диапазоне рабочих частот, уменьшение габаритов, упрощение конструкции устройства.
Поставленная задача достигается тем, что диэлектрическая подложка ФВЧ диапазона СВЧ выполнена трехслойной, при этом на верхнем слое расположены входные и выходные микрополосковые подводящие линии, последовательно включенные емкостные элементы в виде тонкопленочных конденсаторов, параллельно включенные индуктивные элементы, реализованные в виде прямоугольных стековых спиралей, расположены на верхнем и втором внутреннем слое и соединены с экранным проводником на нижнем основании подложки через металлизированные отверстия, материалом подложки выбрана низкотемпературная керамика, в качестве тонкой пленки диэлектрика, используемой для реализации емкостных элементов, выбрана пленка моноалюмината неодима.
Предлагаемый полосковый широкополосный ФВЧ диапазона СВЧ реализован в трех слоях многослойной керамической подложки (1). Емкостные элементы (2) на верхнем слое реализованы в виде монолитных тонкопленочных конденсаторов, изготовленных после обжига многослойной керамической платы методами фотолитографии и осаждения моноалюмината неодима из газовой фазы. Индуктивные элементы (3) выполнены в виде прямоугольных стековых спиралей, расположенных в двух слоях многослойной керамической платы и соединенных с экранным проводником (4) на нижнем слое платы через переходные отверстия (5).
Технический результат данной полезной модели достигается за счет того, что емкостные (2) и индуктивные (3) элементы выполняются в одном технологическом цикле и не требуют монтажа методами сварки или пайки. За счет использования в качестве индуктивных элементов (3) прямоугольных стековых спиралей, расположенных в двух слоях многослойной керамической подложки (1), обеспечиваются малые вносимые потери в полосе пропускания предлагаемого полоскового широкополосного ФВЧ диапазона СВЧ. В отличие от прототипа при формировании емкостных элементов (2) используется технология двухэтапного напыления диэлектрика, что позволяет улучшить качество тонкой пленки и увеличить выход годных образцов.
На фиг. 1 представлена конструкция полоскового широкополосного ФВЧ диапазона СВЧ. На фиг. 2 представлена схема электрическая принципиальная полоскового широкополосного ФВЧ диапазона СВЧ, на фиг. 3 - его амплитудно-частотная характеристика, полученная в результате моделирования описанной выше конструкции с учетом свойств применяемых материалов в частотном диапазоне от 0,7 до 12 ГГц.
Полосковый широкополосный ФВЧ диапазона СВЧ работает следующим образом.
При подаче сигнала сложного спектра на вход (6) ФВЧ сигналы с частотами выше некоторой частоты среза проходят к выходной линии (7) через емкостные элементы (2) и индуктивные элементы (3), реализованные в виде прямоугольных стековых спиралей. Сигналы с частотами ниже частоты среза предлагаемым устройством подавляются. Предлагаемый полосковый широкополосный ФВЧ диапазона СВЧ не требует дополнительной настройки.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения обусловлена возможностью реализации в едином технологическом цикле полосковых широкополосных ФВЧ диапазона СВЧ, обладающих высокой повторяемостью электрических характеристик, а также малым уровнем вносимых потерь в полосе пропускания и КСВН в широком диапазоне частот.
Источники информации:
1. Малорацкий М.Г., Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М., «Сов. радио", 1976, с. 188, рис. 2.49 б.
2. Патент SU 1753516 кл. H01P 1/203. Микрополосковый фильтр верхних частот / С.А. Погарский, Г.М. Петьков, А.П. Полуяненко, И.И. Сапрыкин - Заявлено 02.01.1990; опубликовано 07.08.1992.
3 Вольхин Ю.Н., Глущенко В.А., Кардаков Ю.А., Мандрик А.М., Янковская Ю.В., СВЧ фильтр верхних частот со сверхширокой полосой пропускания / «Вопросы радиоэлектроники», сер. ОТ, 2008, вып. 2, с. 48-59.