МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ДВУХПОЛОСНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
MICROSTRIP DUAL-BAND BANDPASS FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, предназначено для частотной селекции сигналов на двух несущих частотах и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем.
Известен микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены параллельные прямолинейные полосковые проводники со скачком ширины на центральном участке, являющиеся электромагнитно связанными микрополосковыми резонаторами со скачком волнового сопротивления (J.-T. Kuo, Т.-Н. Yeh, and С.-С. Yeh. Design of microstrip bandpass filters with a dual-passband response // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. V.53. №4. P.1331-1337).
В таком фильтре при формировании низкочастотной полосы пропускания используется первая мода колебаний в каждом резонаторе, а в формировании высокочастотной полосы пропускания - вторая мода колебаний. Требуемая разность центральных частот для двух полос пропускания регулируется величиной скачка ширины полоскового проводника на центральном участке резонатора. Увеличение ширины полоскового проводника на центральном участке резонатора приводит к сближению высокочастотной полосы пропускания с низкочастотной полосой пропускания, уменьшение ширины - к отдалению. Ширина низкочастотной и высокочастотной полос пропускания регулируется величиной зазора между полосковыми проводниками смежных резонаторов.
Недостатком описанного двухполосного полосно-пропускающего фильтра является то, что высокочастотная полоса пропускания далеко отстоит по частоте от низкочастотной полосы пропускания и не допускает сильного сближения. Это связано с тем, что разность между центральными частотами высокочастотной и низкочастотной полос пропускания фильтра определяется разностью частот второй и первой мод колебаний резонатора. Уменьшение этой разности требует неприемлемо большого скачка ширины полосковых проводников, при котором резко падает собственная добротность резонаторов и возбуждаются паразитные поперечные моды колебаний.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены параллельные прямолинейные полосковые проводники, являющиеся электромагнитно связанными микрополосковыми резонаторами (Патент РФ №2480866, H01P 1/203). Полосковый проводник каждого резонатора расщеплен продольной щелью с одного конца не более чем на половину своей длины, а проводники каждой смежной пары связанных резонаторов направлены в противоположные стороны и смещены один относительно другого в сторону нерасщепленных концов не более чем на длину нерасщепленного участка. В формировании двух полос пропускания фильтра от каждого резонатора используются первая четная и первая нечетная моды колебаний. При этом низкочастотную полосу пропусканию формируют четные моды резонаторов, а высокочастотную полосу - нечетные моды.
r
Недостатком описанного микрополоскового двухполосного полосно-пропускающего фильтра является его недостаточно высокая миниатюрность, что связано с использованием подложки с относительной невысокой диэлектрической проницаемостью ε=9.8, а также низкая технологичность, обусловленная наличием регулирующей емкости на наружных резонаторах, связанных с портами фильтра.
Задачей изобретения является повышение технологичности и миниатюрности микрополоскового двухполосного полосно-пропускающего фильтра.
Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом двухполосном полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую нанесены обладающие осевой симметрией протяженные параллельные полосковые проводники электромагнитно связанные друг с другом, согласно техническому решению проводники расположены в два параллельных друг другу ряда, причем проводники первого и второго рядов отличаются между собой длиной, а центральные в каждом ряде отличаются длиной и шириной от проводников своего ряда. При этом длина отрезков крайних проводников, взаимодействующих с проводниками каждого ряда, различна.
Техническим результатом изобретения является повышение технологичности и миниатюрности за счет заявляемого расположения проводников на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью.
21
11
Изобретение поясняется чертежами: Фиг.1 - устройство заявляемого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра, Фиг.2 и Фиг.3 - амплитудно-частотные характеристики (S, S) заявляемого двухполосного полосно-пропускающего фильтра при смежном и диагональном подключении тракта СВЧ к крайним проводникам соответственно.
Заявляемый микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр (Фиг.1) содержит диэлектрическую подложку 7, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание 2, а на вторую нанесены на некотором расстоянии друг от друга протяженные полосковые проводники (длина проводников в несколько раз превосходит их ширину), обладающие осевой симметрией: первый ряд внутренних (не имеющих подключения к тракту СВЧ) проводников, состоящий из двух идентичных по размерам проводников 3 и отличного от них по ширине и длине центрального проводника 4, второй ряд внутренних проводников, аналогично состоящий из двух идентичных по размерам проводников 5 и отличного от них по ширине и длине центрального проводника 6, также на эту сторону подложки нанесены параллельно вышеуказанным проводникам крайние, к которым подключается тракт СВЧ, узкие (по сравнению с проводниками в рядах) проводники 7.
Разберем принцип действия микрополоскового двухполосного полосно-пропускающего фильтра: проводники первого ряда 3 и 4 формируют первую рабочую низкочастотную полосу пропускания (Фиг.2, 3), размеры трех проводников подобраны так, что в этой полосе наблюдаются три резонанса. Проводники второго ряда 5 и 6 формируют вторую рабочую высокочастотную полосу пропускания, аналогично размеры этих трех проводников подобраны так, что в этой полосе также наблюдаются три резонанса.
Разберем основы проектирования микрополоскового двухполосного полосно-пропускающего фильтра: понижение и повышение центральных частот первой и второй рабочих полос пропускания в основном осуществляется увеличением и сокращением длин проводников в рядах. Раздвижка и сближение первой и второй рабочих полос пропускания в основном осуществляется увеличением и уменьшением разницы длин проводников рядов, а изменение зазора между ними позволяет регулировать их относительную ширину.
Улучшение таких селективных свойств, как прямоугольность склонов рабочих полос пропускания и увеличение подавления паразитной мощности в низкочастотной и высокочастотной полосах заграждения, осуществляется за счет роста числа N оптимально подобранных по размерам проводников в каждом ряду, при этом число резонансов в каждой рабочей полосе пропускания также возрастет до N. Простота их настройки обусловлена тем, что подстройка размеров проводника одного ряда существенно влияет на рабочую полосу пропускания, которую формирует этот ряд, и совсем незначительно влияет на другую рабочую полосу пропускания.
2
r
Пример выполнения: микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр был изготовлен на стандартной подложке (48×30 мм) из традиционного материала СВЧ техники (керамика ТБНС) толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью ε=80. Конструктивные параметры микрополоскового двухполосного полосно-пропускающего фильтра были следующими: длина и ширина крайних узких полосковых проводников (7), смещенных от нижнего края проводников 3 (вдоль линии осевой симметрии) на 9.1 мм: 22.1×0.9 мм соответственно. Длина и ширина проводников первого ряда 3: 22.3×6.3 мм соответственно, длина и ширина проводников второго ряда 5: 18.7×6.3 мм соответственно, зазор между проводниками первого и второго ряда - 2.1 мм. Длина и ширина центрального проводника первого ряда 4: 22.4×7.30 мм соответственно, длина и ширина центрального проводника второго ряда 6: 18.4×7.3 мм соответственно, зазор между проводниками - 2.3 мм.
2
Зазоры между крайними проводниками 7 и проводниками 3, 5 - 0.2 мм, между проводниками 3, 5 и проводниками 4, 6 - 3.0 мм. При этом площадь подложки, на которой расположены полосковые проводники, составила 43.1×28.1 мм.
21
11
Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) прямых и обратных потерь (потерь на прохождение S и на отражение S) заявляемого микрополоскового двухполосного полосно-пропускающего фильтра, снятые в широкой полосе частот, показаны на Фиг.2 для смежного подключения тракта СВЧ к крайним проводникам (вход 1 - выход, на Фиг.1), на Фиг.3 для диагонального подключения тракта СВЧ к крайним проводникам (вход 2 - выход, на Фиг.1). При этом АЧХ практически идентичны, на них наблюдаются полюса затухания мощности, которые повышают прямоугольность рабочих полос пропускания и значительно подавляют паразитную мощность, особенно на низких частотах.
0
0
min
min
0
0
0
min
min
1
При смежном (диагональном) подключении тракта СВЧ к крайним проводникам микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр имеет относительную ширину первой рабочей полосы пропускания Δƒ/ƒ≈7.0% (Δƒ/ƒ≈6.7%), измеренную по уровню 3 дБ от уровня минимальных потерь, которые составляли величину L≈1.4 дБ (L≈1.8 дБ) на центральной частоте первой полосы пропускания ƒ≈0.80 ГГц, совпадающей для обоих случаев подключения тракта СВЧ. Относительная ширина второй рабочей полосы пропускания - Δƒ/ƒ≈6.6% (Δƒ/ƒ≈7.2%), также измеренная по уровню 3 дБ от уровня минимальных потерь, которые составляли величину L≈1.7 дБ (L≈1.9 дБ) на центральной частоте полосы пропускания ƒ≈0.97 ГГц, также совпадающей для обоих случаев подключения тракта СВЧ.
r
Таким образом, заявляемое устройство имеет более высокую технологичность за счет отсутствия регулирующей емкости на крайних резонаторах, а также большую миниатюрность за счет использования подложки с высокой диэлектрической проницаемостью ε=80.