Полосковый полоснопропускающий фильтр
STRIP-LINE BANDPASS FILTER

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в приемных системах для выделения полезного сигнала.
Известен полосно-пропускающий фильтр на параллельно связанных полуволновых резонаторах («Справочник по элементам полосковой техники» под ред. А.Л. Фельдштейна. - М.: Связь. 1979, стр. 196, рис 7.5). Фильтр представляет собой каскадное включение четвертьволновых связанных полосковых линий, два диагонально противоположных плеча которых соединяются с соседними каскадами и со входом и выходом, а два других разомкнуты. АЧХ фильтра не имеет полюсов запирания вблизи полосы пропускания, и для получения АЧХ с высокой крутизной ската требуется увеличение количества резонаторов, что приводит к увеличению потерь в полосе пропускания и увеличению габаритов, особенно длины. Меньшую длину имеет фильтр на параллельно связанных полуволновых резонаторах, свернутых в меандр. («Микроэлектронные устройства СВЧ» под ред. Г.И. Веселова. - М.: Высш. шк., 1988. стр. 95, рис. 3.56). Ширина фильтра равна четверти длины волны, что много в дециметровом диапазоне длин волн.
Меньшую ширину имеет фильтр на четвертьволновых связанных резонаторах, свернутых в виде шпильки, один конец которого разомкнут, а другой короткозамкнут. Проводники входной и выходной линий подключены к проводникам крайних резонаторов к плечу шпильки, короткозамкнутом на конце. (АС СССР №1309125, МКИ Н01Р 1/205, опубл. 1987 г. АС СССР №1683099 МКИ Н01Р 1/205, опубл. 1991 г. Бюл. №37). Резонаторы фильтра не имеют оси симметрии, поэтому фильтры реализуются только с четным количеством резонаторов.
Известен микрополосковый широкополосный полоснопропускающий фильтр, в котором используется любое количество резонаторов (пат. РФ №2401490 МКИ Н01Р 1/203, опубл. 10.10.2010). В известном фильтре центральные резонаторы представляют собой полуволновый отрезок линии, закороченный на концах и свернутый два раза. Так как ширина фильтра при этом примерно равна одной шестой длины волны, фильтр имеет большие габариты.
Наиболее близким к заявляемому является микрополосковый полоснопропускающий фильтр (пат. РФ №2475900 МКИ Н01Р 1/00, опубл. 20.02.2013), выбранный в качестве прототипа. Прототип содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой - проводники, которые соединены в виде замкнутой прямоугольной рамки, вне которой параллельно вдоль длинных сторон нанесены проводники, электромагнитно связанные с рамкой. Недостатком известного фильтра являются большие габариты, так как общая длина замкнутой прямоугольной рамки равна длине волны.
Цель изобретения - уменьшение габаритов при возможности реализации фильтра с любым количеством резонаторов.
Для достижения указанной цели, в полосковом полоснопропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой проводники, соединенные в виде замкнутой прямоугольной рамки, с внешней стороны которой параллельно длинным сторонам рамки расположены проводники, электромагнитно связанные с рамкой, у которых одни концы разомкнуты, а к другим концам подключены вход и выход фильтра, согласно изобретению, в него введены два дополнительных проводника, установленные внутри рамки, параллельно ее длинным сторонам, при этом одни концы дополнительных проводников подключены к противоположным коротким сторонам рамки, второй конец одного проводника разомкнут, а второй конец другого проводника соединен с металлическим основанием через отверстие в подложке.
При этом проводники, установленные внутри рамки, расположены соосно или параллельно друг другу.
Введение дополнительных проводников внутри замкнутой рамки позволяет в одинаковом рабочем диапазоне частот уменьшить габариты фильтра при сохранении симметрии резонаторов.
При этом расположение дополнительных проводников соосно внутри рамки позволяет уменьшить короткие стороны рамки, а расположение дополнительных проводников параллельно внутри рамки позволяет уменьшить длинные стороны рамки.
В результате поиска не обнаружено информации, позволяющей сделать вывод об известности отличительных признаков заявляемого устройства, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию новизны.
Из предшествующего уровня техники не известно влияние отличительных признаков заявляемого устройства на достигаемый технический результат, следовательно, заявляемое устройство соответствует условию изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведена топология предлагаемого микрополоскового полоснопропускающего фильтра с соосными дополнительными проводниками, а на фиг. 2 - параллельными дополнительными проводниками.
Предлагаемый полосковый полоснопропускающий фильтр (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой - проводники 2, 3, 4, 5, которые соединены в виде замкнутой прямоугольной рамки. С внешней стороны рамки, вдоль длинных сторон рамки 2, 4, параллельно им расположены проводники 6, 7, электромагнитно связанные с длинными проводниками 2, 4 рамки. Один конец проводников 6, 7 разомкнут, а к другому подключены вход и выход фильтра. Внутри рамки, параллельно ее длинным сторонам 2, 4, расположены два дополнительных проводника 8, 9, подключенные одними концами к противоположным коротким сторонам рамки 3, 5, при этом второй конец проводника 8 разомкнут, второй конец проводника 9 соединен с металлическим основанием через отверстие 10 в подложке 1. Проводники 8, 9 могут быть расположены или соосно (фиг. 1) или параллельно друг другу (фиг. 2).
Так как проводники 8 и 9 расположены внутри рамки, сумма длин проводников 8, 9, при их соосном расположении (фиг 1а), меньше длины проводника 2. При параллельном расположении проводников 8, 9, друг относительно друга (фиг. 1б), длины каждого из них меньше длины проводника 2.
Длины проводников 2, 3, 4, 5, 8, 9 определяют резонансную частоту фильтра, при этом сумма длин отрезков 2, 3, 8, 9 примерно равна четверти длины волны. Так как при соосном расположении отрезков 8, 9 (фиг. 1) их общая длина примерно равна длине отрезка 2, длина отрезка 2, которая определяет ширину фильтра, меньше одной восьмой длины волны. При соосном расположении отрезков 8, 9 можно уменьшить короткие стороны рамки.
При параллельном расположении дополнительных проводников 8, 9 (фиг. 2) длина отрезка 2 меньше одной двенадцатой длины волны. При этом можно уменьшить длинные стороны рамки. Длины коротких проводников 3, 5 рамки выбираются минимально возможными и определяются шириной проводников 8, 9.
Разница длин проводников 8 и 9 при их соосном расположении определяет частоту максимума затухания резонатора фильтра, которая располагается выше частоты резонанса. При построении многорезонансного фильтра можно расширить полосу заграждения, используя резонаторы, отличающиеся длинами проводников внутри рамки.
Предлагаемый полосковый полоснопропускающий фильтр работает следующим образом. СВЧ сигнал, поступающий на вход, проходит по входному проводнику 6, связанный с ним резонатор, состоящий из проводников 2, 3, 4, 5, 8, 9, далее по выходному проводнику 7 на выход фильтра. Резонатор можно рассматривать как четвертьволновый отрезок линии, разомкнутый с одной стороны и короткозамкнутый с другой. Средняя часть этого отрезка линии расщеплена в виде рамки, внутри которой располагаются разомкнутый и короткозамкнутый участки резонатора. За счет этого длина резонатора уменьшается в два или три раза при сохранении его симметрии, что позволяет выполнять многозвенные фильтры с однотипными связями между резонаторами с любым количеством резонаторов.
Технико-экономический эффект предлагаемого полоскового полоснопропускающего фильтра состоит в следующем. Введение в состав резонаторов проводников внутри рамки позволяет уменьшить габариты фильтра при сохранении симметрии резонатора.
На предприятии был изготовлен макет предлагаемого микрополоскового фильтра с тремя резонаторами, с шириной полосы пропускания, равной 4%. Потери фильтра в полосе пропускания не более 1.5 дБ. Ширина фильтра примерно равна 1/12 длины волны, что в 5 раз меньше чем у прототипа.