МИКРОПОЛОСКОВЫЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР
MICROSTRIP ULTRA-BROADBAND FILTER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем.
Известен микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение РФ №2675206, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, при этом проводники резонаторов выполнены нерегулярными, а участки полосковых проводников наружных резонаторов от разомкнутого конца до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов.
Недостатком описанного микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра являются его относительно невысокие частотно-селективные свойства, а в частности узкая высокочастотная полоса заграждения.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр нижних частот (Патент на изобретение РФ №2677103, Н01Р 1/203), содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, 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 соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов, причем в смежных рядах широкие отрезки расположены напротив узких.
Отличие частотно-селективных свойств описанного микрополоскового фильтра нижних частот от заявляемого микрополоскового сверхширокополосного (полосно-пропускающего) фильтра является прохождение мощности на низких частотах. Недостатком микрополоскового фильтра нижних частот является относительно неширокая высокочастотная полоса заграждения, а также его сравнительно большие размеры.
Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового сверхширокополосного фильтра за счет расширения его высокочастотной полосы заграждения, а также уменьшение размеров конструкции.
Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом сверхширокополосном фильтре, содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, согласно техническому решению, центральный узкий и крайние узкие полосковые проводники ортогонально состыкованы с каскадно-соединенными тремя отрезками полосковых проводников - узким, широким и узким, заземленным свободным концом на основание.
Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового сверхширокополосного фильтра за счет расширения его высокочастотной полосы заграждения, а также повышение миниатюрности фильтра за счет заявляемого расположения какскадно-соединенных трех отрезков полосковых проводников, заземленных с одного конца на основание.
21
11
Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство микрополоскового сверхширокополосного фильтра, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика, (частотная зависимость коэффициентов передачи S, S).
Заявляемый микрополосковый сверхширокополосный фильтр (Фиг. 1), реализован на подложке (1) с относительной диэлектрической проницаемостью 8 и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран (2), а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник (3-8), широкие (3, 5, 7) и узкие (4а, 4б, 6, 8) отрезки которого соединены друг с другом каскадно. Чтобы миниатюризировать конструкцию крайние узкие отрезки полоскового проводника дополнительно свернуты, за счет отрезка (4а), который, по сути, является продолжением отрезка (4б). Такое дополнительное сворачивание отрезков полоскового проводника (4а, 4б) не существенно влияет на частотно-селективные свойства микрополоскового сверхширокополосного фильтра. Таким образом, полосковый проводник с широкими и узкими отрезками полоскового проводника (3-8) может быть соединен в форме меандра, или в форме близкой к форме меандра, как это показано на (Фиг. 1).
Крайние узкие полосковые проводники (4б) ортогонально состыкованы с каскадно-соединенными тремя отрезками полосковых проводников - узким (9), широким (10) и узким (11), заземленным свободным концом на основание, образующих пару вертикальных рядов отрезков. Аналогично, центральный узкий полосковый проводник (8) ортогонально состыкован с каскадно-соединенными тремя отрезками полосковых проводников - узким (12), широким (13) и узким (14), заземленным свободным концом на основание, образующих третий вертикальный ряд отрезков. На широких отрезках (3) полоскового проводника расположены «вход» и «выход» микрополоскового сверхширокополосного фильтра.
Разберем принцип действия заявляемого фильтра. Аналогично, как и в конструкции микрополоскового фильтра нижних частот (Патент на изобретение РФ №2677103, Н01Р 1/203), расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью 8 и толщиной d, широкие и узкие отрезки (3-8) полоскового проводника, при подаче на «вход» конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию полуволновых микрополосковых резонаторов каскадно-соединенных друг с другом, прошедший сигнал снимается с «выхода» конструкции.
За счет каскадно-соединенных отрезков полосковых проводников (9-11) и (12-14), заземленных свободным концом на основание, образующих три вертикальных ряда отрезков, на амплитудно-частотной характеристике конструкции на низких частотах наблюдается подавление мощности (Фиг. 2), вблизи высокочастотного склона полосы пропускания возникает полюс затухания, а высокочастотная полоса заграждения существенно расширяется. Таким образом, микрополосковый фильтр нижних частот преобразуется в микрополосковый сверхширокополосный (полосно-пропускающий) фильтр. При этом крутизна низкочастотного склона фильтра растет пропорционально увеличению в конструкции числа сворачиваний полоскового проводника, которое сопровождается наращиванием числа соответствующих вертикальных рядов, состоящих из трех каскадно-соединенных отрезков полосковых проводников, ортогонально состыкованных с горизонтальными узкими отрезками полоскового проводника.
2
c
0
0
Пример выполнения микрополоскового сверхширокополосного фильтра (Фиг. 1). В конструкции была использована монолитная подложка, размерами 26.2×19.2 мм из материала - поликор с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной d=1 мм. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (3, 4а) равны толщине подложки. Отметим, что площадь подложки фильтра примерно в 1.8 раза меньше чем у прототипа, при этом частота среза фильтра-прототипа f≈2.5 ГГц, а у сверхширокополосного фильтра низкочастотная граница полосы пропускания - 0.6 ГГц, а высокочастотная - 2.5 ГГц, соответственно (Фиг. 2), его центральная частота полосы пропускания ƒ=1.55 ГГц, а относительная ширина полосы пропускания Δƒ/ƒ=122.9%, где Δƒ - ширина полосы пропускания по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь. Кроме того у заявляемого фильтра существенно расширена высокочастотная полоса заграждения - по уровню -60 дБ до частоты 7 ГГц (у фильтра-прототипа по уровню -60 дБ до частоты 5 ГГц).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Конструктивные параметры заявляемого микрополоскового сверхширокополосного фильтра, а в частности длина и ширина отрезков полоскового проводника - (3): 4.5×2.9 мм, (4а): 0.3×0.2 мм, (4б): 6.3×0.2 мм, (5): 4,8×4.7 мм, (6): 7.2×0.4 мм, (7): 4.8×4.8 мм, (8): 7.0×0.2 мм. Длина и ширина отрезков полоскового проводника образующих пару вертикальных рядов отрезков - (9): 3.5×0.2 мм, (10): 3.9×3.4 мм, (11): 6.6×0.2 мм, а также третьего вертикального ряда отрезков - (12): 3.9×0.2 мм, (13): 3.8×3.2 мм, (14): 7.4×0.2 мм, соответственно.
Таким образом, заявляемый микрополосковый сверхширокополосный фильтр по сравнению с фильтром-прототипом обладает лучшими частотно-селективными свойствами за счет более широкой высокочастотной полосы заграждения. Заявляемое расположение трех вертикальных рядов с тремя каскадно-соединенными отрезками полосковых проводников, заземленных с одного конца на основание, позволяет существенно миниатюризировать конструкцию фильтра.