ВЫСОКОСЕЛЕКТИВНЫЙ ПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ
HIGHLY SELECTIVE LOW PASS FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.
Известен микрополосковый фильтр нижних частот [Патент РФ №2677103, МПК7 Н01Р 1/203, опубл. 15.01.2019, Бюл. №2], содержащий подложку с одной стороны которой выполнен металлический экран, а 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. Недостатками такого фильтра являются сравнительно большая площадь подложки и неширокая полоса заграждения, не превышающая одной октавы по отношению к граничной частоте полосы пропускания.
Наиболее близким аналогом является фильтр нижних частот [W. Menzel, A. Balalem Quasi-Lumped Suspended Stripline Filters and Diplexers // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, Vol. 53, No. 10, October 2005, P. 3230-3237 (Прототип)]. Фильтр содержит подвешенную в металлическом корпусе диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой расположен нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно. На нижней стороне подложки под широкими участками нерегулярного проводника расположены регулярные полосковые проводники, замкнутые с двух противоположных сторон на корпус. По сравнению с первым аналогом такая конструкция фильтра нижних частот имеет меньшие габариты и более протяженную полосу заграждения, которая превышает октаву. Недостатками такой конструкции являются невысокая селективность, связанная с отсутствием близкорасположенных к полосе пропускания нулей коэффициента передачи, и относительно большие размеры на частотах дециметрового диапазона длин волн.
Техническим результатом изобретения является увеличение селективности и уменьшение размеров полоскового фильтра нижних частот.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом фильтре нижних частот, содержащем подвешенную в металлическом корпусе диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой расположен нерегулярный полосковый проводник, образованный каскадным соединением узких и широких отрезков полосковой линии, а на нижней стороне под широкими участками нерегулярного проводника расположены регулярные полосковые проводники, замкнутые с противоположных сторон на корпус, новым является то, что широкий центральный отрезок замкнут с помощью отрезка полосковой линии с узким проводником в центральной части полосковой структуры на верхней стороне подложки, причем расположенный под широким отрезком регулярный проводник на нижней стороне подложки замкнут на корпус, только с одного конца.
Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что центральный широкий участок нерегулярного полоскового проводника подключен к узким проводникам на верхней стороне подложки с помощью отрезка полосковой линии, а расположенный под этим широким участком на нижней стороне подложки регулярный проводник замкнут на корпус, только с одной стороны.
Сущность изобретения поясняется рисунками:
На фиг. 1. изображена топология проводников заявляемого фильтра.
На фиг. 2 изображена эквивалентная схема заявляемого фильтра.
На фиг. 3 изображены рассчитанные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) фильтра нижних частот заявляемой конструкции (сплошная линия 1) и фильтра-прототипа (штрихи 2).
Заявляемый полосно-пропускающий фильтр (фиг. 1) содержит подвешенную в металлическом корпусе 1 диэлектрическую подложку 2, на верхней стороне которой расположен нерегулярный полосковый проводник, образованный каскадным соединением узких 3 и широких 4 отрезков полосковой линии. На нижней стороне подложки под широкими участками 4 нерегулярного проводника расположены регулярные полосковые проводники 5, замкнутые с противоположных сторон на корпус. Центральный широкий отрезок 6 замкнут с помощью отрезка полосковой линии 7 с узким проводником в центральной части полосковой структуры на верхней стороне подложки, причем расположенный под широким отрезком 6 регулярный проводник 8 на нижней стороне подложки замкнут на корпус, только с одного конца. Входная и выходная линии передачи подключены к наружным концам нерегулярного проводника.
Заявляемый фильтр нижних частот работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к разомкнутым концам нерегулярного проводника как показано на фиг. 1, причем различие ширин регулярных отрезков нерегулярного проводника определяется заданным минимальным уровнем отражений в полосе пропускания фильтра нижних частот. Сигналы, частоты которых попадают в полосу пропускания, проходят на выход фильтра с минимальными потерями, в то время как на частотах выше полосы пропускания происходит отражение сигналов от входа устройства.
Заявляемый фильтр нижних частот состоит из квазисосредоточенных элементов (фиг. 1), которые образованы узкими 3 и 7 (индуктивности) и широкими 4, 5 и 6, 8 (емкости) отрезками полосковых линий передачи. На фиг. 2 изображена эквивалентная схема заявляемого фильтра, которая в отличие от фильтра-прототипа включает в себя параллельно включенный режектирующий контур в центральной части схемы. Величина элементов режектрующего контура определяется геометрическими размерами соответствующих элементов полосковой структуры, что позволяет их правильным выбором сформировать нуль коэффициента передачи вблизи края полосы пропускания. Кроме того, индуктивность режектирующего контура, величина которой определяется длиной и шириной отрезка полосковой линии 7 (фиг. 1), дополнительно уменьшает размеры заявляемого фильтра по сравнению с фильтром-прототипом при прочих равных условиях.
c
На фиг. 3 представлены амплитудно-частотные характеристики фильтра заявляемой конструкции (сплошная линия 1) и фильтра-прототипа (штрихи 2), синтезированных с помощью программы электродинамического анализа 3D-моделей. Граничная частота полосы пропускания фильтров (частота среза) по уровню - 3дБ была одинакова и составляет ƒ=2 ГГц. АЧХ этих фильтров получены при следующих конструктивных параметрах: относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε=9.8; толщина подложки 0.5 мм; расстояние от экранов до поверхности подложки 5 мм; ширина полосковых проводников узких участков составила 0.125 мм, широких участков 2.25 мм. КСВН в полосе пропускания фильтров не более 1.5.
Видно, что заявляемый фильтр имеет по сравнению с фильтром-прототипом при прочих равных условиях существенно более высокую крутизну склона АЧХ, которая обеспечивается наличием нуля коэффициента передачи вблизи полосы пропускания. Важной особенностью заявляемого фильтра является возможность подбором конструктивных параметров элементов 6 и 7 (см. фиг. 1) изменять частотное положение нуля коэффициента передачи при неизменных параметрах полосы пропускания, что может быть полезным при настройке фильтра на заданные требования по селективности устройства.
2
2
Площадь подложки заявляемого полоскового фильтра нижних частот составила 6 мм × 25 мм = 150 мм, в то время как у фильтра-прототипа при прочих равных условиях она составила 6 мм × 27.5 мм = 165 мм, что на 10% больше и подтверждает заявляемый технический результат.