МИНИАТЮРНЫЙ ПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
MINIATURE BANDPASS FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.
7
Известен микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены П-образные полосковые проводники резонаторов [А. с.SU 1262603, МКИ 4 Н01Р 1/205, бюл. №37 от 07.10.86]. Недостатками такого фильтра являются большая площадь подложки на низких частотах и неширокая высокочастотная полоса заграждения.
7
Наиболее близким аналогом является сверхвысокочастотное устройство фильтрации (А. с.SU 878125, МКИ 4 Н01Р 1/203, бюл. №37 от 07.10.86 [(Прототип)]. Фильтр содержит полуволновые полосковые П-образные резонаторы, расположенные последовательно и связанные между собой. С целью подавления первой паразитной полосы пропускания к середине каждого полуволнового П-образного резонатора подключен полосковый проводник длиной меньше четверти длины волны второй гармоники. Фильтр имеет более протяженную высокочастотную полосу заграждения по сравнению с первым аналогом. Недостатками фильтра являются большие размеры на низких частотах и то, что протяженность высокочастотной полосы заграждения не превышает двух октав.
Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров и увеличение протяженности высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего полоскового фильтра.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом фильтре, содержащем полосковые П-образные резонаторы, к середине каждого из которых подключены полосковые проводники, новым является то, что полосковые П-образные резонаторы расположены на одной стороне, подвешенной между экранами диэлектрической подложки, а на второй стороне подложки под разомкнутыми концами упомянутых проводников расположены дополнительные полосковые проводники, замкнутые одним концом на экран.
Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что П-образные полосковые резонаторы, к середине каждого из которых подключены полосковые проводники, расположены на одной стороне, подвешенной между экранами диэлектрической подложки, а на второй стороне подложки под разомкнутыми концами упомянутых проводников расположены дополнительные полосковые проводники, замкнутые одним концом на экран.
Сущность изобретения поясняется рисунками:
На фиг. 1 изображена топология проводников заявляемого трехрезонаторного фильтра со стороны лицевой (а) и обратной (б) поверхности подложки.
На фиг. 2 изображена рассчитанная частотная характеристика отдельного резонатора при его слабой связи с внешними линиями.
На фиг. 3 изображены рассчитанные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) трехрезонаторного фильтра заявляемой конструкции (сплошная линия) и трехрезонаторного фильтра-прототипа (штрихи).
Заявляемый полосно-пропускающий фильтр (фиг. 1) содержит подвешенную в металлическом корпусе-экране 1 диэлектрическую подложку 2, на одной стороне которой расположены П-образные полосковые проводники 3, к середине каждого из которых подключены полосковые проводники-шлейфы. На второй стороне подложки под разомкнутыми концами упомянутых проводников расположены дополнительные полосковые проводники 4, замкнутые одним концом на экран. Входная и выходная линии передачи подключены к проводникам наружных резонаторов.
Заявляемый фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам наружных резонаторов как показано на фиг. 1, причем расстояние от разомкнутых концов проводников до точек подключения внешних линий передачи определяется заданным минимальным уровнем отражений в полосе пропускания фильтра. Сигналы, частоты которых попадают в полосу пропускания, проходят на выход фильтра с минимальными потерями, в то время как на частотах вне полосы пропускания происходит отражение сигналов от входа устройства.
1
2
1
2
Заявляемый полосно-пропускающий фильтр состоит из полосковых резонаторов, каждый из которых образован П-образным полосковым проводником 3, расположенным на одной стороне подложки, к центру которого подключен полосковый проводник-шлейф. На второй стороне подложки расположены полосковые проводники 4, замкнутые одним концом на экран. Эти проводники расположены напротив разомкнутых концов упомянутых полосковых проводников и вместе с ними образуют квази-сосредоточенные емкости, которые существенно понижают собственную частоту резонатора, а, следовательно, и его размеры. На фиг. 2 приведена частотная характеристика одиночного резонатора, рассчитанная в программе электродинамического анализа для случая его слабой связи с линиями передачи. Данная характеристика получена при следующих конструктивных параметрах полосковой структуры: относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε=80; толщина подложки 0.25 мм; расстояние от экранов до поверхности подложки 3 мм, ширина полосковых проводников 1 мм. Видно, что резонатор является двухмодовым с близкими собственными частотами ƒ, ƒ. Исследования показали, что эти две моды ƒ и ƒ участвуют в формировании полосы пропускания фильтра на основе такого резонатора.
Таким образом, существенным отличием резонаторов заявляемого фильтра от резонаторов фильтра-прототипа является то, что они являются двухмодовыми, т.е. в формировании рабочей полосы пропускания используется две моды колебаний каждого резонатора. Такое техническое решение позволяет значительно улучшить частотно-селективные свойства заявляемой конструкции по сравнению с прототипом.
0
0
На фиг. 3 представлена АЧХ трехрезонаторного фильтра заявляемой конструкции (сплошная линия) и трехрезонаторного фильтра-прототипа (штрихи), синтезированных с помощью программы электродинамического анализа. Центральная частота полосы пропускания фильтров ƒ=0.5 ГГц при относительной ширине полосы пропускания Δƒ/ƒ=12%. АЧХ этих фильтров получены при следующих конструктивных параметрах: относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε=80; толщина подложки 0.25 мм; расстояние от экранов до поверхности подложки 3 мм; ширина полосковых проводников 1 мм. Внутренний зазор между проводниками П-образного резонатора составил 6 мм. КСВН в полосе пропускания фильтров не более 1.5.
0
Видно, что заявляемый фильтр имеет по сравнению с фильтром-прототипом не только существенно более высокую крутизну склонов АЧХ, но и более протяженную высокочастотную полосу заграждения, которая по уровню затухания не менее 60 дБ простирается до частоты 6ƒ. У фильтра-прототипа при прочих равных условиях высокочастотная полоса заграждения простирается в лучшем случае до частоты 3 fo, при этом уровень затухания в ней значительно меньше.
2
2
Площадь подложки заявляемого полоскового полосно-пропускающего фильтра составила 31 мм×14.5 мм=449.5 мм, в то время как у фильтра-прототипа при прочих равных условиях составила 64 мм×36 мм=2304 мм, что в пять раз больше и подтверждает заявляемый технический результат.