МИНИАТЮРНЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначена для селекции сигналов.
Известен фильтр подавления электромагнитных помех (патент RU 2373621 С1, опубликован 20.11.2009 г.), содержащий две плоские катушки индуктивности, размещенные друг над другом на подложке из материала с максимальной магнитной проницаемостью, которые связаны по магнитному полю материалом подложки и развязаны по электрическому полю электростатическим экраном. Недостатком фильтра является сложность изготовления связанная с необходимостью соединения разнородных материалов подложек, а также большие потери сверхвысокочастотного сигнала в материале подложки. Данный фильтр относится к области электротехники и предназначен для повышения эффективности фильтрации питающих напряжений постоянного тока для радиоэлементов электронной аппаратуры и не пригоден для селекции сигналов СВЧ.
Известны фильтры нижних частот серии LFCN фирмы Mini-Circuits, на катушках индуктивности и конденсаторах, размещенных на внутренних слоях многослойной подложки из диэлектрического материала с малыми потерями сигнала на СВЧ (http://www.minicircuits.com/ (2014/05/02). Недостатком их является большое количество катушек индуктивности, что усложняет изготовление.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является фильтр нижних частот LFCN-2250 фирмы Mini-Circuits (http://www.minicircuits.com/pdfs/LFCN-2250.pdf (2014/05/02) (патент US 6943646 В2, опубликован 13.09.2005 г.)), взятый за прототип.
Фактически данное устройство представляет собой многослойную подложку из диэлектрического материала с малыми потерями СВЧ сигнала с размещенными на внутренних слоях конденсаторами и многослойными катушками индуктивности. Многослойные катушки индуктивности требуют высокой точности нанесения рисунка топологии на каждый слой, пробивки большого количества переходных отверстий между слоями, точного совмещения большого количества слоев при изготовлении по технологии керамики с низкой температурой обжига (LTCC), что является их недостатком.
Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемой полезной модели, является упрощение конструкции изделия.
Для решения указанной задачи предлагается миниатюрный фильтр нижних частот, содержащий катушки индуктивности и конденсаторы.
Согласно полезной модели, катушки индуктивности в количестве двух, не связанные между собой по электрическому и магнитному полю, выполнены плоскими и размещены на одном слое многослойной подложки из диэлектрического материала с малыми потерями сверхвысокочастотного сигнала, изготовленной по технологии керамики с низкой температурой обжига, также размещены внутри подложки шесть печатных площадок, при этом три площадки, расположенные на верхнем и нижнем слоях подложки, являются экранирующими.
Техническим результатом является упрощение конструкции фильтра нижних частот, что достигается за счет уменьшения количества катушек индуктивности до 2-х, размещения плоских катушек индуктивности на одном слое многослойной подложки из диэлектрического материала с малыми потерями сверхвысокочастотного сигнала, изготовленной по технологии керамики с низкой температурой обжига, размещения определенным образом шести печатных площадок в подложке, уменьшения толщины изделия.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемой полезной модели миниатюрного фильтра нижних частот в доступной литературе не обнаружено, поэтому предлагаемая полезная модель соответствует критерию новизны.
На фиг. 1 условно показана внутренняя структура предлагаемого фильтра без боковых экранирующих стенок. На фиг. 2 условно показана внутренняя структура фильтра с боковыми экранирующими стенками. На фиг. 3 приведена электрическая схема предлагаемого фильтра. На фиг. 4 показана измеренная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) предлагаемого фильтра в диапазоне частот от постоянного тока до 9000 МГц. На фиг. 5 условно изображена электрическая схема фильтра-прототипа LFCN-2250. На фиг. 6 показана АЧХ прототипа.
Фильтр (фиг. 1) содержит многослойную подложку 1 из диэлектрического материала, изготовленную по технологии керамики с низкой температурой обжига, внутри которой располагаются две плоские катушки индуктивности 2, не связанные между собой по электрическому и магнитному полю, выполненные печатными полосковыми линиями на одном внутреннем слое многослойной подложки 1 из диэлектрического материала с малыми потерями сверхвысокочастотного сигнала. Печатные площадки 3,6 являются одними из электродов конденсаторов С1, С3, С5 (фиг. 3), вторыми электродами данных конденсаторов является печатная площадка 4, соединенная с корпусом. Печатные площадки 3 также являются электродами конденсаторов С2, С4, вторым электродом которых является печатная площадка 6. Печатные площадки 4, 5, соединенные с корпусом, экранируют внутреннюю структуру. Исполнение катушек индуктивности на одном слое подложки и размещение шести печатных площадок определенным образом внутри подложки позволило уменьшить толщину предлагаемого фильтра. Размеры прототипа составляют 3,2×1,6×0,94 мм, размеры предлагаемого фильтра составляют 3,2×1,6×0.7 мм, что на 0,24 мм меньше по толщине.
Катушки индуктивности L1,L2 и конденсаторы С1-С5 образуют фильтр нижних частот для СВЧ сигнала, частота среза которого определяется величиной емкостей С1-С5 и индуктивностей L1, L2.
Технология изготовления керамического материала с низкой температурой обжига заключается в спекании спрессованных отдельных тонких листов так называемого «сырого» керамического материала с нанесенным проводящей пастой рисунком топологии при температуре 800°C-900°C. После изготовления получается неразъемная, монолитная конструкция. Данная технология описана в журнале "Компоненты и технологии", издательство «Файнстрит», №5, 2005 г., Симин А.В. и др. "Многослойные интегральные схемы сверхвысоких частот на основе керамики с низкой температурой обжига.", стр. 190-196.
Фильтр работает следующим образом: сигнал поступает на контакт «Вход» (фиг. 1) и проходит через две плоские катушки индуктивности 2 на контакт «Выход». Определенные размеры двух плоских катушек индуктивности 2, печатных площадок 3, 4, 5, 6 и их положение в подложке 1 из материала с малыми потерями сверхвысокочастотного сигнала обеспечивают прохождение сигнала в полосе пропускания с малыми потерями по амплитуде. За полосой пропускания сигналы других частот проходят с большими потерями по амплитуде, что приводит к формированию АЧХ по типу ФНЧ, как показано на фиг. 4, аналогично АЧХ прототипа, показанной на фиг. 6.
Указанный технический результат- упрощение конструкции по сравнению с прототипом - достигается за счет уменьшения количества катушек индуктивности до 2-х, размещения плоских катушек индуктивности на одном слое внутри многослойной диэлектрической подложки 1 из материала с малыми потерями сверхвысокочастотного сигнала, предназначенного для использования в СВЧ диапазоне и размещения определенным образом печатных площадок 3, 4, 5, 6 в объеме многослойной диэлектрической подложки 1, уменьшения толщины изделия.
В ФГУП "РНИИРС" изготовлен миниатюрный фильтр нижних частот по технологии керамики с низкой температурой обжига. Применение данного изделия позволяет упростить конструкцию миниатюрного фильтра нижних частот.