ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
BAND PASS FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем.
Известен полосковый резонатор (Патент на изобретение РФ №2352032, Н01Р 1/205, Н0 1Р 1/203), содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую подложку, на одну поверхность которой нанесен полосковый металлический проводник, на второй поверхности подложки также нанесен полосковый металлический проводник, идентичный по форме и расположению проводнику на первой поверхности.
Недостатком описанного полоскового резонатора является его низкая технологичность, обусловленная использованием в конструкции подвешенной между экранами диэлектрической подложки, а также нанесением полоскового металлического проводника на второй поверхности подложки, идентичного по форме и расположению проводнику на первой поверхности.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение РФ №2480867, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный продольной щелью с одного конца.
Полосно-пропускающий фильтр, состоящий из одного двухмодового шпилькового микрополоскового резонатора, работает следующим образом. Он имеет две низкочастотные моды колебаний, одна из которых четная, а другая - нечетная. Для четной моды колебаний токи на расщепленном участке проводника по обе стороны щели текут в одном направлении и продолжают течь на нерасщепленном участке. Для нечетной моды токи на расщепленном участке текут в противоположных направлениях и отсутствуют на нерасщепленном участке.
r
Фильтр выполнен на подложке с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной h=1 мм (Фиг. 4). Фильтр содержит n электромагнитно связанных шпильковых микрополосковых резонаторов, где n=2, 3, 4,….
Недостатком описанного полосно-пропускающего фильтра является сравнительно узкая относительная полоса пропускания, не превышающая ~ 40%, невысокие частотно-селективные свойства, обусловленные как ближайшей паразитной полосой пропускания, расположенной приблизительно на удвоенной частоте основной полосы пропускания, так и слабым подавлением мощности на частотах полос заграждения.
Задачей изобретения является расширение относительной полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра и улучшение его частотно-селективных свойств.
Указанная задача достигается тем, что в полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный продольной щелью с одного конца, согласно техническому решению, нерасщепленный отрезок полоскового проводника со стороны щели заземлен на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке, а расщепленные щелью отрезки полосковых проводников свернуты П-образно. За счет этого на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) конструкции наблюдается широкая полоса пропускания, сформированная тремя резонансами, а также сильное подавление мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полосы заграждения. Улучшение частотно-селективных свойств полосно-пропускающего фильтра, а в частности, рост крутизны склонов полосы пропускания и существенное увеличение подавления мощности на частотах полос заграждения осуществляется наращиванием числа n электромагнитно связанных, расположенных сонаправлено, полосковых проводников, где n=2, 3,4…
Техническим результатом изобретения является расширение относительной полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра и улучшение его частотно-селективных свойств за счет заземления на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке полоскового проводника, его заявляемого расположения на диэлектрической подложке, а также увеличения его числа n.
21
11
21
11
Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство полосно-пропускающего фильтра, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика (S, S). Фиг. 3 - устройство полосно-пропускающего фильтра (n=2), Фиг. 4 -его амплитудно-частотная характеристика (S,S).
Заявляемый полосно-пропускающий фильтр (Фиг. 1), содержит диэлектрическую подложку (1), на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание (2), а на вторую сторону нанесен полосковый проводник (4-7), частично расщепленный продольной щелью с одного конца, нерасщепленный отрезок полоскового проводника (4) со стороны щели заземлен на металлизированное основание (2), через заполненное проводящем материалом отверстие (3) в диэлектрической подложке (1). Расщепленные щелью, пара отрезков полосковых проводников (5-7) свернуты П-образно.
В полосно-пропускающим фильтре (Фиг. 3) использовано два электромагнитно связанных полосковых проводника (4-10), расположенных на диэлектрической подложке (1) сонаправлено.
r
Разберем принцип действия полосно-пропускающего фильтра. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью ε=9.8, отрезки полоскового проводника (4-7), при подаче на вход конструкции электромагнитного сигнала, выполняют функцию микрополоскового трехмодового резонатора. Соответственно на его амплитудно-частотной характеристике наблюдается полоса пропускания, сформированная тремя резонансами. При этом нерасщепленный щелью отрезок полоскового проводника (4), заземленный с одной стороны на металлизированное основание (2) через отверстие (3) в диэлектрической подложке, по сути, представляет собой четвертьволновый резонатор, нижайшая мода которого участвует в формировании полосы пропускания фильтра. Отрезки полосковых проводников (5-7) свернутые П-образно, и аналогично заземлены на основание вблизи концов отрезков (5). Таким образом, они являются парой четвертьволновых резонаторов, с полосковыми отрезками проводников, расположенными по обе стороны от центральной щели, причем нижайшая мода колебаний от каждого из них участвует в формировании полосы пропускания.
Поэтому в заявляемом полосно-пропускающем фильтре ближайшая паразитная полоса пропускания расположена на амплитудно-частотной характеристике, примерно на утроенной частоте основной полосы пропускания (Фиг. 2), в то время как на АЧХ прототипа она наблюдается на удвоенной частоте. Расширение относительной полосы пропускания конструкции до ~50% осуществляется увеличением ширины отрезка полоскового проводника (4) и уменьшением площади отверстия (3) в подложке.
Существенный рост крутизны полосы пропускания и усиление подавления паразитной мощности на амплитудно-частотной характеристике осуществляется наращиванием числа п электромагнитно связанных полосковых проводников, где n=2, 3, 4… (Фиг. 3, n=2), что сопровождается увеличением числа резонансов, формирующих полосу пропускания фильтра, в 3n раз (Фиг. 4, n=2). П-образное сворачивание отрезков полосковых проводников позволяет обеспечить преимущественно индуктивную связь между n сонаправленно расположенными полосковыми проводниками и реализовать микрополосковой конструкции высокие частотно-селективные свойства.
2
2
2
2
2
r
Пример выполнения полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 1). В конструкции была использована подложка размерами 32.0×20.5 мм из традиционного материала СВЧ техники поликора с диэлектрической проницаемостью ε=9.8. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (4) и (7) равны толщине подложки h=1 мм. Относительная ширина полосы пропускания (Фиг. 2) заявляемого полосно-пропускающего фильтра 50%, что шире, чем у прототипа. Также на амплитудно-частотной характеристике фильтра наблюдается более сильное подавление мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полос заграждения, в том числе и за счет наличия полюсов затухания. Конструктивные параметры фильтра (Фиг. 1): длина и ширина отрезков проводника (4), (5), (6) и (7): 19.0×10.5 мм, 11.0×2.7 мм, 2.2×1.1 мм и 13.2×2.9 мм, соответственно. Площадь отверстия (3) в диэлектрической подложке - 0.09 мм.
2
r
Пример выполнения полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 3, n=2). В конструкции была использована подложка размерами 29.80×41.85 мм из традиционного материала СВЧ техники поликора с диэлектрической проницаемостью ε=9.8. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (4) и (7) равны толщине подложки h=1 мм. Относительная ширина полосы пропускания (Фиг. 4) заявляемого полосно-пропускающего фильтра 50%. Также на АЧХ фильтра наблюдается еще более сильное подавление мощности на частотах полос заграждения и сильная крутизна склонов полосы пропускания, которая обусловлена не только высоким порядком фильтра, но и наличием расположенных как слева, так справа от полосы пропускания полюсов затухания.
2
2
2
2
2
2
2
Конструктивные параметры фильтра (Фиг. 3), а в частности длина и ширина отрезков полосковых проводников - (4): 18.10×12.00 мм, (5): 9.70×2.25 мм, (6): 3.40×2.15 мм, (7): 13.10×2.80 мм, (8): 9.60×0.7 мм, (Р): 2.10×1.45 мм, (10): 13.50×1.50 мм. Зазор между отрезками (10) и (10): 0.05 мм. Диаметр отверстий (3) в диэлектрической подложке - 0.3 мм.
Таким образом, заявляемый полосно-пропускающий фильтр обладает более широкой относительной полосой пропускания и лучшими частотно-селективными свойствами за счет заземления на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке полоскового проводника, расщепленные щелью отрезки которого свернуты П-образно.