ПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к СВЧ- технике, в частности к частотно-избирательным устройствам и может быть использована в технике связи, радиолокации, телевидении, в измерительной технике.
Известен полосковый полосно-пропускающий фильтр (ППФ), описанный в статье Узкополосные фильтры  с большой крутизной скатов характеристики вносимых потерь ,Вопросы радиоэлектроники, сер. Общетехническая, 1960, вып.23, с.22-30; Воробцов А. И., Рахманов В. С.
Этот фильтр выполнен на симметричной воздушной полосковой линии и содержит две наружные металлические пластины, между которыми расположены передаюш,ий проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно и параллельные индуктивные стержни. Каждый конец полуволнового отрезка (участка) передающего проводника соединен непосредственно с параллельным индуктивным стержнем соответственно, а осевая линия параллельного индуктивного стержня пересекает осевую линию передающего проводника. (Согласно принятой в технике СВЧ терминологии, под понятием параллельный индуктивный стержень в симметричной полосковой линии понимается металлический стержень, соединяющий передающий проводник с двумя наружными металлическими пластинами соответственно. Параллельный индуктивный стержень короткозамыкает линию передачи на постоянном токе, а на СВЧ вносит в линию передачи неоднородность, эквивалентную параллельно включенной индуктивности. См., например, Справочник по элементам полосковой техники под редакцией А. Л. Фельдштейна, Москва, Связь, 1979, с. 197.)
Указанный ППФ обладает следующими недостатками- имеет узкие полосы пропускания и малую избирательность.
Объясняется это следующими соображениями. Как известно, полуволновой отрезок линии передачи, ограниченный с обоих концов параллельно включенными индуктивностями, образует резонатор. Полоса пропускания рассматриваемого резонатора, при выбранном волновом сопротивлении (р)полуволнового отрезка, зависит от значения индуктивности (L). Методами анализа определено, что при выбранном нормированном  для получения по уровню 3 дб полос пропускания (Уз)  требуются индуктивные сопротивления (XL) ..1 соответственно,
Х 2nfoL,, ч
Для широких полос пропускания требуются большие значения XL. Известно также, что при выбранном р и для случая, когда ось параллельного индуктивного стержня пересекает осевую линию передающего проводника, эквивалентная параллельная индуктивность L зависит практически только от диаметра (D) стержня. Эксперимент показывает, что в симметричной воздушной полосковой линии, имеющей расстояние (Ь) между наружными металлическими пластинами  и толщину (t) проводника  для получения .02-b0.1 требуются параллельные индуктивные стержни диаметрами (в миллиметрах) О 12-н4мм соответственно. Из этих данных видно, что для формирования широких полос пропускания требуются тонкие параллельные индуктивные стержни (D меньше 4мм), которые практически неприемлемы.
Малая избирательность указанного фильтра объясняется тем, что его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полиномиальная и не имеет полюсов затухания, расположенных вблизи полосы пропускания.
Таким образом, известный полосковый полосно-пропускающий фильтр имеет узкие полосы пропускания и малую избирательность.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному полосковому полосно-пропускающему фильтру является полосковый фильтр по авт. свид. №198417, Бюллетень, 1967, №14, авторы: Фельдштейн А.Л., Смирнов В. П., Русанов Б. П., Исаков А. И.
Этот фильтр спроектирован на симметричной воздушной полосковой линии и содержит две наружные металлические пластины, между которыми расположены параллельные индуктивные стержни, передающий проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, проводники параллельно включенных шлейфов, длина которых меньше одной четверти длины волны и их концы разомкнуты. Проводники параллельно включенных шлейфов разнесены один от другого вдоль передающего проводника и расположены по одну сторону от него. Параллельные индуктивные стержни соединены непосредственно с передающим проводником, при этом осевая линия каждого параллельного индуктивного стержня проходит через точку пересечения осевой линии проводника параллельно включенного шлейфа с осевой линией передающего проводника соответственно.
Недостатками фильтра-прототипа являются узкие полосы пропускания и малая избирательность.
Это обусловлено следующими причинами. Параллельно включенный шлейф с разомкнутым на конце проводником, длина которого меньше одной четверти длины волны, имеет в сечении включения входную емкостную проводимость на центральной частоте полосы пропускания. В свою очередь, параллельный индуктивный стержень, соединяющий в этом сечении передающий проводник с двумя наружными металлическими пластинами, вносит в полосковую линию неоднородность, эквивалентную параллельно включенной индуктивности, значение которой определяется диаметром стержня. Совокупность параллельно включенного шлейфа и параллельного индуктивного стержня образует резонатор, который эквивалентен параллельному контуру, включенному в линию передачи параллельно. При выбранной длине шлейфа (1ш) и волновом сопротивлении (рш), полоса пропускания резонатора зависит от диаметра (D) параллельного индуктивного стержня. Экспериментальные данные показывают следуюш:ее: для получения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) с полосой пропускания, изменяющейся в пределах от 0.2% до 1% в симметричной воздушной полосковой линии с параметрами ,  требуются стержни диаметрами (в миллиметрах) В 12-ь4мм соответственно. Для формирования АЧХ с широкими полосами пропускания в рассматриваемом фильтре необходимо применять тонкие параллельные индуктивные стержни (D меньше 4мм), которые неприемлемы при практической реализации.
Малая избирательность фильтра-прототипа определяется следующими обстоятельствами. Поскольку составной частью резонатора рассматриваемого устройства является параллельно включенный шлейф с разомкнутым на конце проводником, длина которого меньше одной четверти длины волны, то коэффициент передачи имеет полюс, расположенный выше полосы пропускания. Расположение полюса затухания зависит от длины шлейфа, которая, в свою очередь, взаимосвязана с эквивалентной индуктивностью параллельного индуктивного стержня. Наличие в АЧХ полюса затухания, как правило, улучшает избирательность, но у фильтра-прототипа полюс расположен далеко от полосы пропускания и слабо влияет на частотную избирательность, которая практически такая же, как у полиномиального фильтра, т.е. малая.
Таким образом, указанный полосно-пропускающий фильтр имеет узкие полосы пропускания и малую избирательность.
Целью полезной модели является создание полоскового полосно-пропускающего фильтра, обеспечивающего расширение полос пропускания и повыщение избирательности.
Поставленная цель достигается тем, что в полосковом полоснопропускающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, между которыми расположены параллельные индуктивные стержни, передающий проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, проводники параллельно включенных шлейфов, которые разнесены один от другого вдоль передаюш,его проводника и расположены по одну сторону от него, согласно полезной модели проводники параллельно включенных шлейфов имеют длину больше одной четверти длины волны, а их концы короткозамкнуты на постоянном токе, например посредством введенных дополнительных параллельных индуктивных стержней, введены проводники параллельно включенных шлейфов, каждый из которых расположен по другую сторону от передающего проводника, противоположно проводнику параллельно включенного щлейфа соответственно, при этом конец проводника каждого дополнительного параллельно включенного
шлейфа соединен непосредственно с параллельным индуктивным стержнем соответственно, а осевая линия параллельного индуктивного стержня смещена от осевой линии передающего проводника на расстояние меньше, чем одна четверть длины волны.
Полезная модель поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.
На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого фильтра.
На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1,2. Наружные металлические пластины;
3, 4. Проводники входной и выходной линий передачи; 5. Передающий проводник;
6,7. Проводники параллельно включенных шлейфов;
8,9. Параллельные индуктивные стержни;
10,11. Дополнительные параллельные индуктивные стержни;
12, 13. Проводники дополнительных параллельно включенных шлейфов;
J, j. условно выбранные сечения, в которых концы передающего проводника 5 соединены непосредственно с проводником 3
входной и проводником 4 выходной линий передачи;
О, о . Осевая линия передающего проводника;
S, SV Осевая линия проводника параллельно включенного шлейфа;
А, А . Осевая линия параллельного индуктивного стержня;
|. Расстояние от осевой линии О, О  до осевой линии А, А .
Предлагаемый полосковый полосно-пропускающий фильтр выполнен на симметричной воздушной полосковой линии. Он содержит наружные металлические пластины 1, 2, между которыми расположены передающий проводник 5, концы которого соединены непосредственно в условно выбранных сечениях j, j с проводниками 3, 4 входной и выходной линий передачи соответственно и проводники 6, 7 параллельно включенных шлейфов, концы которых короткозамкнуты на постоянном токе посредством дополнительных параллельных индуктивных стержней 10, 11. Проводники 6, 7 разнесены один от другого вдоль передающего проводника 5 и расположены по одну сторону от него. Между наружными металлическими пластинами 1, 2 расположены также параллельные индуктивные стержни 8, 9 и проводники 12, 13 дополнительных параллельно включенных щлейфов, которые расположены по другую сторону от передающего проводника 5, противоположно проводникам 6, 7 соответственно. Осевые линии А, А  параллельных индуктивных стержней 8, 9 смещены от осевой линии О, о  передающего проводника 5 на расстояние | меньше чем одна четверть длины волны.
Полосковый полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом. СВЧ сигнал, поступающий по входной линии передачи 3, проходит к выходной линии передачи 4 с малым затуханием в заданной полосе частот- полосе пропускания и вследствие отражения проходит с большим затуханием на других частотах. Полоса пропускания предложенного полосно-пропускающего фильтра может изменяться в широких пределах. Объяснить значительное расширение полос пропускания можно путем анализа аналитического выражения параллельного сопротивления (Z), вносимого в линию передачи дополнительным параллельно включенным шлейфом, нагруженным на параллельный индуктивный стержень. На центральной частоте (fo) полосы пропускания
X,o + ptg27:l ,(2)
где: XLO- индуктивное сопротивление параллельного индуктивного стержня;
l, р- геометрическая длина и волновое сопротивление дополнительного параллельно включенного шлейфа;
Х,о-длина волны в линии передачи, соответствующая частоте
fo. ,
При I А,о/4 параллельное сопротивление Z имеет индуктивный характер. Его величина зависит от трех параметров: р , I,XLO и может принимать любые сколь угодно большие значения. Выбрав параллельные индуктивные стержни с практически реализуемыми диаметрами, необходимые для формирования широких полос пропускания индуктивные сопротивления Z можно получить варьируя l, р Экспериментальные данные показывают, что при этом полоса пропускания предложенного полосно-пропускающего фильтра может изменяться от 0,1% до 15%.
Повышение избирательности обеспечивается тем, что длина проводников параллельно включенных шлейфов выбрана больше одной четверти длины волны, а концы этих проводников короткозамкнуты на постоянном токе. Вследствие этого полюс затухания располагается к полосе пропускания ближе, чем у фильтра-прототипа, в результате увеличивается крутизна правого ската АЧХ и тем самым повышается избирательность. (Необходимо отметить, что короткое замыкание на постоянном токе концов проводников может быть осуществлено разными способами: например, с помощью дополнительных индуктивных стержней, с помощью дополнительных металлических пластин и другими способами.) Сравнение результатов анализа на ПЭВМ показывает, что при одинаковой полосе пропускания коэффициент прямоугольности АЧХ, характеризующий избирательность, у предложенного фильтра в 1,1 раза лучше, чем у фильтра-прототипа.
Таким образом, использование полезной модели позволит в 10 раз и более расширить полосы пропускания и позволит повысить избирательность.
l XLOjg2;tl
Авторы:  - - Осипенков