МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в селективных трактах приемных и передающих систем.
Известен полосковый частотный фильтр верхних частот (ФВЧ) диапазона СВЧ, описанный в [Малорацкий М.Г., Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М., «Сов. радио", 1976, с. 188, рис. 2.49 б.]. Данный полосковый ФВЧ состоит из набора короткозамкнутых шлейфов с высоким волновым сопротивлением, образующих параллельно включенные индуктивности, и зазоров в микрополосковой линии, образующих последовательно включенные емкости. Как отмечается в работе, такие ФВЧ имеют невысокие электрические характеристики, т.к. возникают трудности обеспечения надежного короткого замыкания в печатном исполнении. Другой недостаток такой конструкции заключается в том, что без использования дополнительных диэлектрических слоев возможно реализовать только очень небольшие значения емкости последовательных конденсаторов в приемлемых габаритах. Диапазон рабочих частот такого ФВЧ ограничивается длиной короткозамкнутых шлейфов, образующих индуктивные элементы.
Известен широкополосный ФВЧ диапазона СВЧ, описанный в [Вольхин Ю.Н., Глушенко В.А., Кардаков Ю.А., Мандрик A.M., Янковская Ю.В., СВЧ фильтр верхних частот со сверхширокой полосой пропускания / «Вопросы радиоэлектроники», сер. ОТ, 2008, вып. 2, с. 48-59], являющийся наиболее близким по технической сути и выбранный за прототип. Емкостные элементы в конструкции данного широкополосного ФВЧ реализованы в виде монолитных тонкопленочных конденсаторов, выполненных на поверхности керамической подложки методами фотолитографии и осаждения диэлектрика из газовой фазы. Индуктивные элементы реализованы в виде дугообразных отрезков золотой проволоки, замкнутых через отверстия на экранный проводник, расположенный на обратной стороне подложки. В качестве материала подложки выбран поликор. Недостатком такой конструкции является необходимость установки индуктивных элементов методами сварки или пайки, а также дополнительной фиксации индуктивных элементов, что в свою очередь, является трудоемким процессом.
Полезная модель направлена на уменьшение габаритных размеров фильтра, упрощение конструкции устройства, а также улучшение его селективных свойств.
Технический результат достигается за счет того, что фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одной поверхности которой нанесены полосковые проводники, выступающие в роли входа и выхода фильтра, которые соединяются с помощью микрополоскового отрезка с включенными последовательно встречно-штыревыми полосковыми структурами, представляющими собой квазисосредоточенные емкости, а на второй поверхности нанесено заземляемое основание, из которого удаляется лишняя металлизация таким образом, чтобы получить П-образный микрополосковый резонатор, один из концов, которого закорочен на заземляемое основание и электромагнитно связан с таким же полосковым проводником, установленным зеркально отображенным относительно оси, проходящая перпендикулярно поверхности заземляемого основания, при этом резонаторы расположены таким образом, что электромагнитно связаны с полосковыми проводниками на противоположной стороне.
Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:
- на фиг. 1 - предпочтительный вариант топологии предлагаемого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра с, реализованного на диэлектрической подложке с относительной диэлектрической проницаемостью равной 4.4 и толщиной 1.5 мм; вид сверху, где 1,2 - входы фильтра;
- на фиг. 2 - графики зависимости модулей S-параметров от частоты, выраженных в децибелах;
Микрополосковый фильтр верхних частот состоит из двух 50-омных входных линии передачи, соединенные между собой с помощью микрополоскового отрезка с последовательно включенными емкостями в микрополосковом исполнении, и двух П-образных резонаторов, электромагнитно, связаны друг с другом.
Фильтр работает следующим образом. Сигнал подается на один из портов фильтра. Затем поступивший сигнал с частотами выше некоторой частоты среза проходят к выходной линии, через резонаторы и микрополосковый отрезок с включенными последовательно встречно-штыревыми полосковыми структурами, представляющими собой квазисосредоточенные емкости. Сигналы с частотами ниже частоты среза предлагаемым устройством подавляются. Два П-образных резонатора, выступающие в роли частотно-селективной структуры установлены для того, чтобы увеличить потери в низкочастотной области фильтра и увеличить крутизну ската. Плечи П-образного резонатора могут отличаться друг от друга по ширине, это связано с необходимостью настройки фильтра на нужную частоту. Сигнал поступает и снимается с такой структуры через электромагнитное взаимодействие с полосковыми проводниками на противоположной стороне.
Достоинствами данной конструкции фильтра являются его малые размеры, высокие потери в низкочастотной полосе, а также хорошая точность расчета его характеристик с использованием программ электродинамического анализа, что позволяет осуществлять высокоскоростной синтез.
Для подтверждения реализуемости выбранного технического решения, был изготовлен опытный образец полезной модели микрополоскового фильтра верхних частот со следующими техническими характеристиками:
- коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входов фильтра не более 1,4;
- коэффициент передачи в полосе пропускания не менее -2 дБ;
- высокочастотная полоса рабочих частот не менее 3 ГГц, при частоте среза 1 ГГц.