МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ, к устройствам частотной селекции сигнала и предназначена для подавления помехи, частота которой лежит ниже широкого рабочего диапазона частот.
Известен полосно-запирающий фильтр, содержащий проводник полосковой линии, соединяющий вход и выход, к которому на четвертьволновом расстоянии друг от друга, подключены через зазоры четвертьволновые отрезки линий, закороченные на конце (Маттей Д.Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, Т. 2, М., Связь, 1972, стр. 194-198). Фильтр имеет узкую полосу пропускания, так как содержит дополнительные полосы запирания на нечетных гармониках и, кроме того - высокий КСВН на второй гармонике (см. Маттей Д.Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, Т. 2, М., Связь, 1972, стр. 218). Фильтр также имеет большие габариты, обусловленные использованием четвертьволновых отрезков линий.
Известен также полосно-заграждающий фильтр (патент на изобретение РФ №2498464, Н01Р 1/203, опубл. 10.11.2013 г.), состоящий из высокодобротных керамических резонаторов и содержащий основной токонесущий проводник, расположенный на одной стороне диэлектрической подложки, на второй поверхности которой размещены отрезки полосковых проводников, имеющие лицевую связь с основным токонесущим проводником и которые имеют гальваническую связь с керамическими резонаторами, причем расположение паразитной полосы заграждения зависит от толщины диэлектрической подложки. Недостатками аналога являются узкая полоса пропускания из-за имеющихся дополнительных полос запирания на нечетных гармониках и большие габариты, обусловленные использованием четвертьволновых отрезков линий и керамических резонаторов.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков аналогом является фильтр, содержащий проводник полосковой линии, соединяющий вход и выход, к которому на четвертьволновом расстоянии друг от друга подключены четвертьволновые отрезки линий, разомкнутые на конце (см. Маттей Д.Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, Т. 2, М., Связь, 1972, стр. 214-216). Прототип имеет дополнительные полосы запирания на нечетных гармониках, поэтому коэффициент перекрытия частот полосы пропускания фильтра меньше трех. Фильтр также имеет большие габариты, обусловленные использованием четвертьволновых отрезков линий.
Задачей заявляемой полезной модели является создание полосно-заграждающего фильтра с широкой полосой пропускания, лежащей выше полосы запирания, при уменьшении габаритов.
Для достижения указанной задачи предлагается микрополосковый фильтр, состоящий из микрополосковой подложки, проволочных катушек, конденсаторов и поглотителей.
Согласно полезной модели, предлагаемый микрополосковый фильтр, содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне первый проводник, концы которого являются входом и выходом, и дополнительные проводники, разомкнутые на концах. Дополнительные проводники одним концом подключены к кромкам первого проводника через проволочные катушки, выполненные с малым диаметром намотки. Длины дополнительных проводников выбраны много меньше четверти длины волны на частоте запирания. Между точками подключения катушек в первом проводнике выполнены разрывы, в которые установлены конденсаторы, нормированное реактивное сопротивление которых на частоте запирания примерно равно единице. На диэлектрической подложке установлены объемные поглотители, края которых совпадают с разомкнутыми концами дополнительных проводников.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого полосно-заграждающего фильтра в доступной литературе не обнаружено, поэтому он соответствует критерию новизны.
Заявляемый микрополосковый фильтр иллюстрируется чертежами, где
на фиг. 1 условно изображена конструкция полосно-заграждающего фильтра,
на фиг. 2 приведена схема предлагаемого фильтра,
на фиг. 3 приведена расчетная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в области запирания фильтра,
на фиг. 4 приведена расчетная АЧХ в широком диапазоне частот,
на фиг. 5 приведена измеренная АЧХ в широком диапазоне частот,
на фиг. 6 приведена измеренная АЧХ в области запирания фильтра.
Предлагаемый фильтр (см. фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой металлизирована, а на другой расположен первый проводник 2, соединяющий вход и выход, и дополнительные проводники 3, 4, 5, 6 разомкнутые на концах. К первому проводнику 2 подключены одним концом проволочные катушки 7, 8, 9, 10, к другому концу которых подключены разомкнутые проводники 3, 4, 5, 6. Длина дополнительных проводников 3, 4, 5, 6 выбрана много меньше четверти длины волны на частоте запирания. Длины отрезков первого проводника 2 между точками подключения катушек выбраны минимально возможными и между ними последовательно включены конденсаторы 11, 12. Нормированное реактивное сопротивление конденсаторов 11, 12 на частоте запирания выбрано примерно равным единице. У разомкнутых концов проводников 3, 4, 5, 6 расположены объемные поглотители 13, 14, края которых совпадают с разомкнутыми концами дополнительных проводников.
Фильтр работает следующим образом. СВЧ сигнал, поступающий на вход, проходит по первому проводнику 2 на выход. В точках подключения катушек 7-10 к передающей линии подключены последовательные контура, образованные индуктивностью катушки и емкостью разомкнутых отрезков линий (см. фиг. 2). Входное сопротивление контура равно:
где:
з
f - средняя частота полосы запирания;
L - индуктивность катушки;
ш
Z- волновое сопротивление полосковой линии, образованной разомкнутым дополнительным проводником;
ш
Q- электрическая длина полосковой линии, образованной разомкнутым дополнительным проводником (емкостнымшлейфом), рад.
На частоте запирания сопротивление контура равно нулю, при этом длина шлейфа равна:
Ширина полосы запирания фильтра определяется нагруженной добротностью контура, следовательно, индуктивностью катушки. При уменьшении ширины полосы запирания индуктивность катушки увеличивается, длина емкостного шлейфа уменьшается.
Резонансная частота контуров настроена на среднюю частоту полосы запирания фильтра. На этой частоте первый проводник закорочен и не пропускает сигнал помехи. Выше этой частоты контура эквивалентны индуктивности, параллельная проводимость которых компенсируется сопротивлением последовательной емкости конденсаторов 11, 12, так как их нормированное реактивное сопротивление примерно равно нормированной проводимости контура. При этом согласование обеспечивается на частоте близкой к верхней границе полосы запирания.
При дальнейшем увеличении частоты сопротивление конденсаторов и проводимость контуров уменьшается, и фильтр пропускает рабочий сигнал.
ш
Микрополосковый фильтр (см. фиг. 3, 4.) согласован в широкой полосе частот, лежащих выше частоты запирания, до частот, где контура имеют следующую резонансную частоту. Так как для узкополосного запирающего контура величина Q мала, длина дополнительных проводников, реализующих эту величину, много меньше четверти длины волны на частоте заграждения. Вторая резонансная частота возможна там, где длина шлейфов равна половине длины волны (электрическая длина равна π рад), т.е. много больше, чем частота заграждения, и определяется по формуле:
в
где: f - верхняя частота полосы пропускания.
в
з
Например, для полосы запирания 10%, отношение частот f/f равно примерно 10.
Величина индуктивной связи на паразитных частотах очень мала и паразитные резонансы узкие и не глубокие.
Так как у разомкнутых концов шлейфов установлены объемные поглотители, на частоте паразитного резонанса шлейфов вносятся дополнительные потери, убирающие узкий паразитный резонанс шлейфа. На частоте запирания фильтра поглотители не влияют на АЧХ фильтра, так как потери вносимые поглотителем на основной частоте запирания практически отсутствуют.
На предприятии изготовлена опытная партия фильтров.
Микрополосковая плата выполнена из материала Ro4350в, размер платы 12×15 мм. Катушки индуктивности выполнены из провода диаметром 0.08 мм, 4 витка диаметром 0.5 мм. Тип конденсаторов между резонаторами К10-71-2-М1500. Длины полосковых линий запирающих резонаторов - 4,5 мм.
Величина ослабления при отстройке 7% от нижней частоты не менее 40 дБ. Ширина полосы пропускания обеспечивает перекрытие по частоте равное 9.0. Ослабление не более 2.0 дБ.
АЧХ фильтров приведены на фиг 5, 6.
Использование предлагаемого микрополоскового фильтра позволяет подавить помеху сотовой связи в широком диапазоне частот.