ПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР (ВАРИАНТЫ)

ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
Полезная модель относится к СВЧ- технике, в частности к частотно-избирательным устройствам и может быть использована в технике связи, радиолокации, телевидении, в измерительной технике.
Известен полосковый полосно-пропускающий фильтр (ГШФ), описанный в статье Узкополосные фильтры СВЧ с большой крутизной скатов характеристики вносимых потерь, Вопросы радиоэлектроники, сер. Общетехническая, 1960, вып.23, с.22-30; авторы: Воробцов А. И., Рахманов В. С.
Этот фильтр выполнен на симметричной воздушной полосковой линии и содержит две наружные металлические пластины, между которыми расположены передаюший проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно и параллельные индуктивные стержни. Каждый конец полуволнового отрезка (участка) передающего проводника соединен непосредственно с параллельным индуктивным стержнем соответственно, а осевая линия параллельного индуктивного стержня пересекает осевую линию передающего проводника. (Согласно принятой в технике СВЧ терминологии, под понятием параллельный индуктивный стержень в симметричной полосковой линии понимается металлический стержень, соединяющий передающий проводник с двумя наружными металлическими пластинами соответственно и вносящий в линию передачи неоднородность, эквивалентную параллельно включенной индуктивности. См., например, Справочник по элементам полосковой техники под редакцией А. .Л. Фельдштейна, Москва, Связь, 1979, с. 197.)
Указанный ГШФ обладает следующим недостатком- имеет узкие полосы пропускания .
Объясняется это следующими соображениями. Как известно, полуволновой отрезок линии передачи, ограниченный с обоих концов параллельно включенными индуктивностями, образует резонатор. Полоса пропускания рассматриваемого резонатора, при выбранном волновом сопротивлении (р) полуволнового отрезка, зависит от значения индуктивности (L). Методами анализа определено, что при выбранном нормированном  для получения по уровню 3 дб полос пропускания (Уз) .1н-1% требуются индуктивные сопротивления (XL) .02-:-0.1 соответственно.
х.-(1)
где: fo-центральная частота полосы пропускания (резонансная частота);
МКИ HOI PI/20
полосковый     (ВАРИАНТЫ)
лельного индуктивного стержня пересекает осевую линию передающего проводника, эквивалентная параллельная индуктивность L зависит практически только от диаметра (D) стержня. Эксперимент показывает, что в симметричной воздушной полосковой линии, имеющей расстояние между наружными металлическими пластинами  и толщину проводника  для получения .02-ь0.1 требуются параллельные индуктивные стержни диаметрами (в миллиметрах) О 12-;-4мм соответственно. Из этих данных видно, что для формирования щироких полос пропускания требуются тонкие параллельные индуктивные стержни (D меньше 4мм), которые практически неприемлемы.
Таким образом, известный полосковый полосно-пропускающий фильтр имеет узкие полосы пропускания и расширение полос пропускания ограничено реализуемостью тонких параллельных индуктивных стержней.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному полосковому полосно-пропускающему фильтру по первому варианту является полосковый фильтр по авт. свид. Г2198417, Бюллетень, 1967, №14, авторы: Фельдщтейн А.Л., Смирнов В. П., Русанов Б. П., Исаков А. И.
Этот фильтр спроектирован на симметричной воздущной полосковой линии и содержит две наружные металлические пластины, между которыми расположены передающий проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, параллельные индуктивные стержни и проводники параллельно включенных шлейфов, длина которых меньше одной четверти длины волны и их концы разомкнуты. Проводники параллельно включенных шлейфов разнесены один от другого вдоль передающего проводника и расположены по одну сторону от него. Параллельные индуктивные стержни соединены непосредственно с передающим проводником, при этом осевая линия каждого параллельного индуктивного стержня проходит через точку пересечения осевой линии проводника параллельно включенного щлейфа с осевой линией передающего проводника соответственно.
Недостатком фильтра-прототипа являются узкие полосы пропускания.
Это обусловлено следующими причинами. Параллельно включенный щлейф с разомкнутым на конце проводником, длина которого меньще одной четверти длины волны, имеет в сечении включения входную емкостную проводимость . В свою очередь, параллельный индуктивный стержень, соединяющий в этом сечении передающий проводник с двумя наружными металлическими пластинами, вносит в полосковую линию неоднородность, эквивалентную параллельно включенной индуктивности, значение которой определяется диаметром стержня. Совокупность параллельно включенного щлейфа и параллельного индуктивного стержня образует резонатор, который эквивалентен параллельному контуру, включенному в линию передачи параллельно. При выбранной длине щлейфа (1ш) и волновом сопротивлении (рш), полоса пропускания резонатора зависит от диаметра (D) параллельного индуктивного стержня. Экспериментальные данные показывают следующее: для получения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) с полосой пропускания, изменяющейся в пределах 0. в симметричной воздушной полосковой линии с параметрами ,  требуются стержни диаметрами (в миллиметрах)  соответственно. Для формирования АЧХ с щирокими полосами пропускания в рассматриваемом фильтре необходимо применять тонкие параллельные индуктивные стержни (D меньще 4мм), которые неприемлемы при практической реализации.
Таким образом, указанный полосно-пропускающий фильтр имеет узкие полосы пропускания и расширение полос пропускания ограничено реализуемостью тонких параллельных индуктивных стержней.
Целью полезной модели является создание полоскового полосно-пропускающего фильтра, обеспечивающего расширение полос пропускания.
Поставленная цель является одной и той же для двух вариантов предложенного полоскового полосно-пропускающего фильтра и результат достигается принципиально одним и тем же путем.
Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте в полосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, между которыми расположены передающий проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, параллельные индуктивные стержни, проводники параллельно включенных шлейфов, длина которых меньше одной четверти длины волны и их концы разомкнуты, причем проводники параллельно включенных шлейфов разнесены один от другого вдоль передающего проводника и расположены по одну сторону от него, согласно полезной модели введены проводники дополнительных параллельно включенных шлейфов, каждый из которых расположен по другую сторону от передающего проводника, противоположно проводнику параллельно включенного шлейфа соответственно, при этом конец проводника каждого дополнительного параллельно включенного шлейфа соединен непосредственно с параллельным индуктивным стержнем соответственно, а осевая линия параллельного индуктивного стержня смещена от осевой линии передающего проводника на расстояние меньше, чем одна четверть длины волны.
Полезная модель по первому варианту поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.
На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого фильтра, выполненного по первому варианту.
Па фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1,2. Паружные металлические пластины;
3,4. Проводники входной и выходной линий передачи;
8, 9. Параллельные индуктивные стержни;
10, 11. Проводники дополнительных параллельно включенных шлейфов;
J, J. Условно выбранные сечения, в которых концы передающего проводника 5 соединены непосредственно с проводником 3 входной и проводником 4 выходной линий передачи;
О, о . Осевая линия передающего проводника;
S, SV Осевая линия проводника параллельно включенного щлейфа;
А, А . Осевая линия параллельного индуктивного стержня;
iV Расстояние от осевой линии О, О до осевой линии А, А .
Предлагаемый полосковый полосно-пропускающий фильтр по первому варианту выполнен на симметричной воздушной полосковой линии. Он содержит наружные металлические пластины 1, 2, между которыми расположены передающий проводник 5, концы которого соединены непосредственно в условно выбранных сечениях j, j с проводниками 3, 4 входной и выходной линий передачи соответственно и проводники 6, 7 параллельно включенных щлейфов, длина которых меньше одной четверти длины волны и их концы разомкнуты. Проводники 6, 7 разнесены один от другого вдоль передающего проводника 5 и расположены по одну сторону от него. Между наружными металлическими пластинами 1, 2 расположены также параллельные индуктивные стержни 8, 9 и проводники 10, 11 дополнительных параллельно включенных шлейфов, которые расположены по другую сторону от передающего проводника 5, противоположно проводникам 6, 7 соответственно. Концы проводников 10, 11 соединены непосредственно с параллельными индуктивными стержнями 8, 9 соответственно. Осевые линии А, А  параллельных индуктивных стержней 8, 9 смещены от осевой линии О, О передающего проводника 5 на расстояние | меньше чем одна четверть длины волны.
Полосковый полосно-пропускающий фильтр по первому варианту работает следующим образом. СВЧ сигнал, поступающий по входной линии передачи 3, проходит к выходной линии передачи 4 с малым затуханием в заданной полосе частот- полосе пропускания и вследствие отражения проходит с большим затуханием на других частотах. Полоса пропускания предложенного полосно-пропускающего фильтра по первому варианту может изменяться в широких пределах. Объяснить значительное расширение полосы пропускания можно путем анализа аналитического выражения параллельного сопротивления (Z), вносимого в линию передачи дополнительным параллельно включенным шлейфом, нагруженным на параллельный индуктивный стержень. На центральной частоте (fo) полосы пропускания
Z  ,(2)
Xto + Ptg Ttfl Xto g2 -LрА,о
где: XLQ- индуктивное сопротивление параллельного индуктивного стержня;
|, р- геометрическая длина и волновое сопротивление дополнительного параллельно включенного шлейфа;
А,о-длина волны в линии передачи, соответствующая частоте
fo. ,
При 1 Х-о/4 параллельное сопротивление Z имеет индуктивный характер. Его величина зависит от трех параметров: р , I ,Хьо и может принимать любые сколь угодно большие значения. Выбрав параллельные индуктивные стержни с практически реализуемыми диаметрами, необходимые для формирования широких полос пропускания индуктивные сопротивления Z можно получить варьируя 1 р . Экспериментальные данные показывают, что полоса пропускания предложенного полосно-пропускаюш,его фильтра по первому варианту может изменяться от 0,1% до 15%.
Таким образом, использование полезной модели по первому варианту позволит в 10 раз и более расширить полосу пропускания.
Во втором варианте в полосковом полосно-пропускаюшем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, между которыми расположены передающий проводник, концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно и параллельные индуктивные стержни, согласно полезной модели введены проводники дополнительных параллельно включенных шлейфов, разнесенные один от другого вдоль передающего проводника, при этом конец проводника каждого дополнительного параллельно включенного шлейфа соединен непосредственно с параллельным индуктивным стержнем соответственно, а осевая линия параллельного индуктивного стержня смещена от осевой линии передающего проводника на расстояние меньше чем одна четверть длины волны.
Для второго варианта ГШФ в качестве аналога рассматривается ППФ, описанный выше в материалах заявки по Авт. свид. JNr2l98417 Бюллетень, 1967, JV214, авторы: Фельдштейн А. Л., Смирнов В. П., Русанов Б. П., Исаков А. И., а в качестве прототипа- фильтр, представленный также выше в материалах заявки и описанный в статье Узкополосные фильтры СВЧ с большой крутизной скатов характеристики вносимых потерь. Вопросы радиоэлектроники, сер. Общетехническая, 1960, вып. 23, с.22-30; авторы: Воробцов А. И., Рахманов В. С.
Второй вариант полезной модели поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.
На фиг.2 изображена конструкция полоскового полоснопропускающего фильтра, выполненного по второму варианту.
На фиг.2 и в тексте приняты следующие обозначения:
1,2. Наружные металлические пластины; п п 8, 9. Проводники дополнительных параллельно включенных шлейфовOiO . Осевая линия передающего проводника; AjaV Осевая линия параллельного индуктивного стержня; Iii. Условно выбранные сечения, в которых концы передающего роводника 5 соединены непосредственно с проводником 3 входной и роводником 4 выходной линий передачи; l. Расстояние от осевой линии Oio до осевой линии Aia. Предлагаемый полосковый полосно-пропускающий фильтр по второму варианту выполнен на симметричной воздушной полосковой линии. Он содержит наружные металлические пластины 1, 2 между которыми расположены передающий проводник 5, концы которого соединены непосредственно в условно выбранных сечениях Iii с проводниками 3, 4 входной и выходной линий передачи и параллельные индуктивные стержни 6, 7. Между наружными металлическими пластинами 1, 2 расположены также проводники 8, 9 дополнительных параллельно включенных шлейфов, концы которых соединены непосредственно с параллельными индуктивными стержнями 6, 7 соответственно. Осевые линии Aia параллельных индуктивных стержней 6, 7 смещены от осевой линии Oio передающего проводника 5 на расстояние | меньше чем одна четверть длины волны. Принцип работы полоскового полосно-пропускающего фильтра по второму варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту. Полоса пропускания предложенного полосно-пропускающего фильтра по второму варианту может изменяться от 0,1% до 15%. Таким образом, использование полезной модели по второму варианту позволит в 10 раз и более расширить полосу пропускания.
В. М. Осипенков
Авторы:
А. В. Яковлев