МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ДИПЛЕКСЕР
MISCROSTRIP DIPLEXER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах.
Известен микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесен Т-образный полосковый проводник и две, электромагнитно связанные с его противоположными концами, группы полосковых проводников со ступенчато увеличенной шириной центрального участка. Полосковые проводники в группах электромагнитно связаны между собой и являются резонаторами двух полосно-пропускающих фильтров, которые образуют каналы диплексера, различающиеся частотами полос пропускания. Общим портом устройства является свободный конец Т-образного полоскового проводника [A.F.Sheta, J.P.Coupez, G.Tanné and S.P.Toutain. Miniature microstrip stepped impedance resonator bandpass filters and diplexers for mobile communications // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1996. V.2. P.607-610].
Недостатком такого диплексера является невозможность достижения высоких частотно-селективных свойств при малых размерах устройства (так как его резонаторы нельзя использовать в двухмодовом режиме, при котором сразу две моды колебаний резонатора вовлечены в формирование единой полосы пропускания), а также наличие паразитной полосы пропускания вблизи рабочей полосы пропускания высокочастотного канала. Паразитную полосу пропускания в этой конструкции диплексера формирует вторая мода колебаний резонаторов, частота которой приближена к частоте первой моды колебаний из-за скачка ширины полосковых проводников на центральном участке.
Наиболее близким аналогом является микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены два электромагнитно связанных полосковых проводника со ступенчато увеличенной шириной центрального участка, образующие резонаторы со скачком волнового сопротивления. Один из резонаторов связан с общим портом низкочастотного и высокочастотного каналов через емкость, подключаемую к точке вблизи максимумов напряжения первой и второй моды колебаний. Второй резонатор связан с раздельными портами низкочастотного и высокочастотного каналов через емкости, подключаемые в точках узла напряжения, соответственно, для второй и первой моды колебаний [Б.А.Беляев, В.В.Тюрнев, Ю.Г.Шихов. Микрополосковый диплексер на двухмодовых резонаторах // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 1997. №2. С.20-24].
Недостатком наиболее близкого аналога является то, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов сильно разнесены и не допускают сближения. Это связано с тем, что в этой конструкции диплексера разность между центральными частотами полос пропускания высокочастотного и низкочастотного каналов определяется разностью частот второй и первой моды колебаний резонатора. Уменьшение этой разности требует неприемлемо большого скачка ширины полосковых проводников, при котором резко падает собственная добротность резонаторов и возбуждаются паразитные поперечные моды колебаний. Кроме того, наиболее близкий аналог не обладает высокими частотно-селективными свойствами из-за того, что порты низкочастотного и высокочастотного каналов привязаны к одному и тому же резонатору.
Техническим результатом изобретения является повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет того, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов диплексера можно расположить как угодно близко по частоте.
Технический результат достигается тем, что в микрополосковом диплексере, содержащем диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три емкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами, новым является то, что один из полосковых проводников имеет T-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, а остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщепленные полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником T-образной формы.
Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что полосковый проводник, связанный через емкость с общим портом низкочастотного и высокочастотного каналов, имеет Т-образную форму, а остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщепленные полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником T-образной формы.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность изобретений поясняется графическими материалами.
На фиг.1 изображен заявляемый микрополосковый диплексер.
На фиг.2 изображен пример выполнения микрополоскового диплексера с тремя резонаторами.
На фиг.3 приведена расчетная амплитудно-частотная характеристика микрополоскового диплексера с тремя резонаторами.
На фиг.4 приведена измеренная амплитудно-частотная характеристика действующего макета микрополоскового диплексера с тремя резонаторами.
Микрополосковый диплексер (фиг.1) содержит диэлектрическую подложку (1), одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники (2, 3, 4), образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три емкости (5, 6, 7), связывающие три порта устройства с оконечными двухмодовыми резонаторами. При этом один из проводников (2) имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. Остальные проводники (3, 4) частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщепленные проводники (соответственно 3 и 4) электромагнитно связаны между собой внутри группы и с проводником (2).
Микрополосковый диплексер работает следующим образом. Его каналы представляют собой два полосно-пропускающих фильтра, в которых один двухмодовый резонатор (2) является общим. Первая мода колебаний резонатора (2) вместе с четными и нечетными модами колебаний двухмодовых расщепленных резонаторов (3) участвует в формировании полосы пропускания низкочастотного канала, а вторая мода резонатора (2) вместе с четными и нечетными модами резонаторов (4) участвует в формировании полосы пропускания высокочастотного канала. Поэтому порт, связанный через емкость (5) с крайним резонатором (2), является общим портом для низкочастотного и высокочастотного каналов. Отдельный порт низкочастотного канала связан через емкость (6) с оконечным резонатором группы резонаторов (3), а отдельный порт высокочастотного канала связан через емкость (7) с оконечным резонатором группы резонаторов (4). Емкости (5, 6, 7) позволяют обеспечить оптимальную связь крайних резонаторов с портами устройства. Длина резонаторов (3) задает центральную частоту полосы низкочастотного канала, а длина резонаторов (4) задает центральную частоту высокочастотного канала. Поэтому длина резонаторов (3) больше длины резонаторов (4). Длина расщепленного участка резонаторов (3) и резонаторов (4) задает ширину полосы пропускания, соответственно, низкочастотного и высокочастотного каналов [V.V.Tyurnev, A.M.Serzhantov. Dual-mode split microstrip resonator for compact narrowband bandpass filters // Progress In Electromagnetics Research C.2011. V.23. P.151-160].
r
Пример выполнения микрополоскового диплексера с тремя резонаторами приведен на фиг.2. Диплексер содержит три двухмодовых резонатора - один резонатор T-образной формы и по одному расщепленному резонатору в фильтрах низкочастотного и высокочастотного каналов. Диэлектрическая подложка устройства выполнена из поликора, имеющего диэлектрическую проницаемость ε=9.8. Она имеет форму пластины размерами 58 мм × 26 мм × 1 мм. Емкости связи имеют величину 1.03 пФ для общего порта обоих каналов, 0.612 пФ для порта низкочастотного канала и 0.425 пФ для порта высокочастотного канала. Для удобства подключения устройства, наружные проводники расщепленных резонаторов изогнуты к краю подложки. Такой изгиб не оказывает принципиального влияния на работу устройства.
11
Расчетная амплитудно-частотная характеристика микрополоскового диплексера, показанного на фиг.2, представлена на фиг.3. На зависимости S (сплошная линия) наблюдаются три минимума отражения мощности в полосе частот низкочастотного канала и три минимума отражения в полосе частот высокочастотного канала, указывающих на то, что селективные свойства низкочастотного и высокочастотного каналов соответствуют полосно-пропускающим фильтрам третьего порядка. Это значит, что в формировании полос пропускания обоих каналов действительно участвуют по одной моде колебаний Т-образного двухмодового резонатора и сразу обе моды колебаний одного из расщепленных двухмодовых резонаторов.
10
1
1
20
2
2
Измеренная амплитудно-частотная характеристика действующего макета диплексера, показанного на фиг.2, представлена на фиг.4. Полоса пропускания низкочастотного канала имеет центральную частоту f=1.7 ГГц, ширину Δf=0.2 ГГц по уровню -3 дБ, минимальные потери L=0.7 дБ. Полоса пропускания высокочастотного канала имеет центральную частоту f=2.1 ГГц, ширину Δf=0.2 ГГц по уровню -3 дБ, минимальные потери L=1.1 дБ.