МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ
MICROSTRIP LOW-PASS FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем.
Известен миниатюрный фильтр нижних частот (Полезная модель РФ №159123, Н01Р 1/203, Н03Н 7/09), содержащий катушки индуктивности и конденсаторы, причем 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.
Недостатком описанного миниатюрного фильтра нижних частот является использование в конструкции многослойной подложки и сосредоточенных элементов, что обуславливает его низкую технологичность, также с ростом частоты среза фильтра габариты сосредоточенных элементов уменьшаются настолько, что изготовление последних становится практически невозможным.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр низких частот на металлодиэлектрической зигзаг-линии (Патент на изобретение РФ №2364993, Н01Р 1/203), содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен изотропный металлический экран, а с другой стороны, по крайней мере, два идентичных металлических проводника в виде отрезков зигзаг-линий, расположенных на расстоянии друг от друга, не превышающем ширины системы, образованной одним проводником, между которыми симметрично расположена прямоугольная диэлектрическая зигзагообразная вставка. Ширина микрополоскового фильтра равна четверти замедленной длины волны, а диэлектрическая вставка выполнена из материала с относительной диэлектрической проницаемостью (8...10)ε, с шириной, равной ширине металлических проводников, и толщиной, равной (1.5…2)d. Металлические проводники отрезков зигзаг-линий могут быть электрически соединены между собой и с диэлектрической вставкой в точках с одинаковой фазой поля замедленной волны.
2
Недостатками описанного микрополоскового фильтра низких частот на металлодиэлектрической зигзаг-линии являются невысокие частотно-селективные свойства, обусловленные слабым подавлением мощности электромагнитных волн на частотах полосы заграждения и большой неравномерностью прохождения мощности электромагнитных волн на частотах полосы пропускания, а также недостаточно крутым спадом частотной характеристики в области частоты среза. Низкая технологичность изготовления фильтра связана с использованием в конструкции диэлектрической вставки из материала с относительной диэлектрической проницаемостью (8…10)ε. Кроме того такой фильтр, реализованный на подложке из поликора, при частоте отсечки 1.8…2.2 ГГц имеет сравнительно большие габаритные размеры - 96.5×64.0 мм.
Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового фильтра нижних частот, повышение технологичности изготовления, а также уменьшение размеров конструкции.
Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом фильтре нижних частот, содержащем подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, согласно техническому решению, на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого, являющиеся микрополосковыми резонаторами, соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов, причем в смежных рядах широкие отрезки расположены напротив узких. За счет этого возникает дополнительное электромагнитное взаимодействие между резонаторами смежных рядов, что позволяет реализовать крутой спад частотной характеристики фильтра в области частоты среза.
Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового фильтра нижних частот, повышение технологичности его изготовления при использовании в конструкции монолитной диэлектрической подложки, а также увеличение миниатюрности фильтра за счет заявляемого расположения свернутого полоскового проводника на такой подложке.
21
11
Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство микрополоскового фильтра нижних частот, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика, (частотная зависимость коэффициентов передачи S, S).
Заявляемый микрополосковый фильтр нижних частот (Фиг. 1), реализован на подложке (7) с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран (2), а на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник (3-19), широкие (3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19) и узкие (4, 6, 8а, 10, 12, 14, 16а, 18) отрезки которого соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов: (3-8а), (9-15), (16а-19-16а), (15-9), (8а-3). Между собой ряды соединены на краях узким отрезком полоскового проводника (8б) или (16б). В смежных рядах широкие отрезки полосковых проводников расположены напротив узких: (3 и 14), (5 и 12), (7 и 10), (9 и 8а), (9 и 16а), (11 и 6), (11 и 18), (13 и 4), (13 и 18), (15 и 16а), (17 и 14), (17 и 10), (19 и 12). На свободных концах отрезка полоскового проводника (3) расположены «вход» и «выход» фильтра.
Заявляемый фильтр реализован на монолитной диэлектрической подложке и в отличие от прототипа не имеет диэлектрической вставки в конструкции, поэтому обладает большей технологичностью при изготовлении.
11
Разберем принцип действия микрополоскового фильтра нижних частот. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, свернутые в форме меандра широкие и узкие отрезки (3-19) полоскового проводника, при подаче на «вход» конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию полуволновых микрополосковых резонаторов каскадно-соединенных друг с другом. Электромагнитный сигнал последовательно распространяется от одного такого резонатора к другому, а прошедший сигнал снимается с «выхода» фильтра. Подбором соотношения размеров узких и широких отрезков полоскового проводника (3-19), полоса пропускания фильтра нижних частот настраивается с максимально допустимым уровнем потерь на отражение в ней S≤-14 дБ.
За счет сворачивания полоскового проводника возникает дополнительное электромагнитное взаимодействие между резонаторами смежных рядов и на амплитудно-частотной характеристике конструкции на частотах полосы заграждения наблюдаются полюса затухания мощности, в том числе вблизи полосы пропускания. Благодаря этому можно реализовать крутой спад частотной характеристики фильтра в области частоты среза.
2
c
c
Пример выполнения микрополоскового фильтра нижних частот (Фиг. 1). В конструкции была использована монолитная подложка размерами 47.7×19.2 мм из материала - поликор с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной d=1 мм. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (5, 7, 15, 16б) равны толщине подложки. Отметим, что площадь подложки фильтра примерно в 6.7 раза меньше чем у прототипа, а его частота среза ƒ≈2.5 ГГц (Фиг. 2) при этом незначительно выше, чем у фильтра-прототипа (ƒ=1.8…2.2 ГГц). Кроме того у заявляемого фильтра на частотах полосы пропускания существенно меньшая неравномерность прохождения мощности электромагнитных волн. На амплитудно-частотной характеристике конструкции (Фиг. 2) наблюдается круче спад частотной характеристики, чем у прототипа, а также сильнее затухание мощности в более протяженной полосе заграждения (не менее -60 дБ до частоты 5 ГГц).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Конструктивные параметры заявляемого микрополоскового фильтра нижних частот, а в частности длина и ширина отрезков полосковых проводников: (3): 3.3×3.0 мм, (4): 7.9×0.4 мм, (5): 4.5×4.2 мм, (6): 6.6×0.2 мм, (7): 5.1×4.2 мм, (8а): 6.7×0.2 мм, (8б): 0.7×0.2 мм, (9): 4.8×3.9 мм, (10): 8,5×0.4 мм, (11): 4.8×4.8 мм, (12, 14): 8.4×0.4 мм, (13, 17): 4.8×4.7 мм, (15): 4.8×4.4 мм, (16б): 0.8×0.2 мм, (16а): 7.1×0.2 мм, (18): 8.9×0.4 мм, (19): 4.8×4.3 мм, соответственно.
Таким образом, заявляемый микрополосковый фильтр нижних частот по сравнению с фильтром-прототипом обладает лучшими частотно-селективными свойствами: более сильным подавлением мощности электромагнитных волн на частотах полосы заграждения, более равномерным ее прохождением на частотах полосы пропускания, а также более крутым спадом частотной характеристики в области частоты среза. Повышение технологичности изготовления фильтра обусловлено использованием монолитной диэлектрической подложки вместо гибридной. Заявляемое расположение свернутого полоскового проводника на диэлектрической подложке позволяет существенно миниатюризировать конструкцию фильтра.