полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр (его варианты)

Формула изобретения

1. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие концы связаны между собой, отличающийся тем, что первый и второй проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, а их другие концы связаны между собой через дополнительно введенный параллельный индуктивный стержень.

2. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновой проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, разомкнутые на концах и имеющие связь между собой, причем их одни концы емкостно связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, отличающийся тем, что первый и второй проводники имеют связь между собой емкостную и осуществленную между другим концом первого из них и одним концом второго.

3. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие концы связаны между собой, отличающийся тем, что связь одних концов первого и второго проводников с концами четвертьволнового проводника непосредственная кондуктивная, а другие концы связаны между собой через дополнительно введенный параллельный индуктивный стержень.

4. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновой проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, разомкнутые на концах, причем их одни концы имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий первый и второй проводники между собой, отличающийся тем, что соединительный проводник имеет длину меньше одной четверти длины волны и связывает он первый и второй проводники кондуктивно, причем в их средней части.

5. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие - разомкнуты, соединительный проводник, связывающий первый и второй проводники между собой, отличающийся тем, что первый, второй и соединительный проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, дополнительно введены два параллельных индуктивных стержня, которые соединяют одни концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, одни концы первого и второго проводников связаны с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а соединительный проводник связывает первый и второй проводники кондуктивно, причем их одни концы.

6. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий другие концы первого и второго проводников между собой, отличающийся тем, что дополнительно введены четыре параллельных индуктивных стержня, которые соединяют одни и другие концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, одни концы первого и второго проводников связаны с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а соединительный проводник имеет длину меньше одной четверти длины волны и связывает другие концы первого и второго проводников кондуктивно.

7. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие связаны между собой, отличающийся тем, что введены три параллельных индуктивных стержня, причем два из них соединяют одни концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, а один из них связывает другие концы между собой и соединяет их с двумя наружными металлическими пластинами, а одни концы первого и второго проводников связаны с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники.

8. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий другие концы первого и второго проводников между собой, отличающийся тем, что первый, второй и соединительный проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, дополнительно введены два параллельных индуктивных стержня, которые соединяют другие концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, а соединительный проводник связывает другие концы первого и второго проводников между собой кондуктивно.

9. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий первый и второй проводники между собой, отличающийся тем, что первый, второй и соединительный проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, другие концы первого и второго проводников короткозамкнуты посредством введенной металлической пластины, кондуктивно соединяющий две наружные металлические пластины, а соединительный проводник связывает первый и второй проводники между собой кондуктивно, причем в сечениях, отстоящих от их короткозамкнутых концов на расстоянии, меньшем одной шестнадцатой длины волн.

10. Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, содержащий диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, первый и второй проводники, связанные между собой, причем их одни концы разомкнуты, отличающийся тем, что на две торцевые стороны диэлектрической пластины нанесены проводники, непосредственно соединенные с заземляющим основанием, введены два передающих проводника, одни концы которых непосредственно соединены с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, а их другие концы разомкнуты и емкостно связаны между собой, разомкнутые концы первого и второго проводников емкостно связаны с передающими проводниками соответственно и емкостно связаны между собой, а другие концы первого и второго проводников непосредственно соединены с проводником, нанесенным на одну торцевую сторону диэлектрической пластины, введены два дополнительных проводника, кондуктивно соединяющих одни концы передающих проводников соответственно с проводником, нанесенным на другую торцевую сторону диэлектрической пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к СВЧ технике, в частности к частотно-избирательным устройствам и может быть использовано в технике связи, радиолокации, радионавигации, в измерительной технике.

Известен неотражающий СВЧ фильтр, описанный в статье E.G. Cristal "A method for the design of nonreflecting high power microwave bandpass filter", Microwave Journal, v. 9, N 6, p. 69- 74, 1966.

Этот фильтр содержит входную линию передачи, параллельно подключенные к ней два канала, в одном из которых содержатся резонаторы отражающего полосно-заграждающего фильтра (ПЗФ), в другом - резонаторы отражающего полосно-пропускающего фильтра (ППФ) и поглощающую нагрузку. Фильтр спроектирован на волноводе, но его схема может быть реализована на любых линиях передачи, в том числе на полосковых линиях. В зависимости от варианта выбора одного из двух параллельно подключенных каналов в качестве выходного, к которому подключается выходная (приемная) линия передачи, известный неотражающий (фильтр может быть использован либо как неотражающий ППФ, либо как неотражающий ПЗФ. Если выходная линия передачи подключена к каналу, в котором содержится отражающий ПЗФ, а канал, содержащий отражающий ППФ, нагружен на поглощающую нагрузку, то в этом случае известный фильтр имеет частотную характеристику затухания, соответствующую характеристике неотражающего ПЗФ. Энергия сигнала на частотах заграждения поглощается в согласованной поглощающей нагрузке. (Поглощающая нагрузка является необходимым элементом в комплекте известного фильтра и без нее фильтр перестает быть неотражающим).

Указанный неотражающий полосно-заграждающий фильтр обладает следующими недостатками:

- имеет малый уровень затухания на центральной частоте полосы заграждения;

- имеет большой уровень рассогласования на центральной частоте;

- для поглощения энергии сигнала необходим комплектующий элемент - согласованная нагрузка.

Электрические параметры известного неотражающего ПЗФ получены путем анализа на ПЭВМ его схемы, причем для большей общности вместо конкретных резонаторов рассмотрены их эквивалентные схемы - резонансные R, L, С контуры. Для схемы, содержащей в последовательной ветви выходного канала параллельный контур, а в последовательной ветви другого канала последовательный контур, нагруженный на поглощающую нагрузку, получены следующие значения основных электрических параметров. На центральной (резонансной) частоте максимальное затухание (L_max) и характеризующий уровень рассогласования - максимальный коэффициент стоячей волны (КСТ_max) равны соответственно:

При Q₀ = 100, L_max = 6,72 дБ, КСТ_max = 1,6

Q₀ = 200, L_max = 9,16 дБ, КСТ_max = 1,42

Q₀ = 10000, L_max = 40,1 дБ, КСТ_max = 1,01

Q₀ = , L_max = , КСТ_max = 1

(Q₀ собственная добротность, которая характеризует диссипативные потери в контурах).

Для всех значений Q₀ индуктивные и емкостные сопротивления контуров варьировались таким образом, чтобы амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имела вычисленную по уровню 3 дБ полосу V₃=1%.

Представленные числовые данные позволяют сделать следующие выводы. При отсутствии потерь в контурах (Q_o= ), т.е. в идеальном реактивном известном ПЗФ имеет место полное резонансное поглощение энергии в поглощающей нагрузке. (Термин "полное" - означает бесконечное затухание и отсутствие отражения на центральной частоте, термин "резонансное" - означает резонансный характер АЧХ). При малых диссипативных потерях в контурах (что соответствует волноводным резонаторам) максимальное затухание велико, но не бесконечно. Полного поглощения энергии в поглощающей нагрузке нет вследствие рассогласования, вызванного наличием конечного значения активной составляющей полного сопротивления параллельного контура в выходном канале. По мере увеличения диссипативных потерь (при уменьшении Q₀), что соответствует низкодобротным полосковым резонаторам, рассогласование увеличивается, а максимальное затухание резко уменьшается. Если поглощающая нагрузка не используется, то известный фильтр вместо "неотражающего" становится отражающим.

Таким образом, известный неотражающий полосно-заграждающий фильтр при реализации на полосковых линиях имеет малое затухание на центральной частоте полосы заграждения, большой уровень рассогласования на этой частоте и, кроме того, содержит поглощающую нагрузку.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному полосковому неотражающему полосно-заграждающему фильтру является полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, описанный в книге Д.Л. Маттей, Л. Янг, Е.М.Т. Джонс "Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи" перевод с английского, Москва "Связь", т. 2, стр. 280-283, 298-302, 315-317, 1972.

Фильтр-прототип, описанный в указанной книге, спроектирован на симметричной воздушной полосковой линии, содержащей две наружные металлические пластины. Известными методами его параметры могут быть рассчитаны для реализации на несимметричной полосковой линии, содержащей диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание.

Фильтр-прототип содержит диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание. На другой стороне диэлектрической пластины расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, первый и второй проводники разомкнутые на концах и соединительный проводник. Фильтр содержит также поглощающую нагрузку. Концы четвертьволнового проводника соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно. Первый и второй проводники имеют длину больше одной четверти длины волны и их одни концы емкостно связаны с концами четвертьволнового проводника соответственно. Кроме того, первый и второй проводники связаны между собой посредством соединительного проводника, имеющего длину, равную три четверти длины волны, при этом другие концы первого и второго проводников емкостно связаны с концами соединительного проводника соответственно. Один конец соединительного проводника разомкнут, а другой конец кондуктивно связан с поглощающей нагрузкой. (Первый и второй проводники фильтра-прототипа образуют полуволновые резонаторы. Здесь и далее, как общепринято, будем называть полосковые резонаторы, в зависимости от длины образующих резонаторы проводников "полуволновыми" и "четвертьволновыми". В действительности, вследствие реактивной связи резонаторов с внешними цепями, у полуволновых резонаторов длина проводников больше одной четверти длины волны, но меньше одной половины длины волны, а у "четвертьволновых" резонаторов длина проводников меньше одной четверти длины волны).

В числе перечисленных признаков прототипа общими для него и предложенного фильтра, выполненного по первому варианту, являются следующие существенные признаки: наличие диэлектрической пластины, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие концы связаны между собой.

Недостатками прототипа являются малый уровень затухания на центральной частоте полосы заграждения и наличие поглощающей нагрузки. Это обусловлено следующими соображениями. Фильтр-прототип представляет собой устройство с четырьмя плечами (восьмиполюсное устройство), характеристики вносимых потерь которого, в зависимости от варианта выбора выходного плеча, соответствуют либо неотражающему ППФ, либо неотражающему ПЗФ. В материалах заявки полосковый неотражающий фильтр-прототип рассматривается как неотражающий ПЗФ, поэтому в качестве выходного выбрано плечо, в которое мощность сигнала передается с ослаблением, соответствующим характеристике ПЗФ, при этом третье плечо разомкнуто, а четвертое нагружено на поглощающую нагрузку. Такое рассмотрение находится в согласии с возможным использованием фильтра- прототипа. Мощность сигнала на частотах заграждения поглощается в согласованной поглощающей нагрузке. Малый уровень затухания на резонансной частоте и необходимое наличие в комплекте фильтра- прототипа поглощающей нагрузки можно объяснить исходя из физических принципов его работы.

При идеальном условии отсутствия потерь в полуволновых резонаторах, содержащих первый и второй проводники и благодаря наличию в структуре фильтра-прототипа четвертьволнового проводника и соединительного проводника длиной три четверти длины волны, имеется возможность полного поглощения энергии в нагрузке на резонансной частоте. Но, поскольку диссипативные потери в резонаторах значительны и идеальные условия не выполняются, то полного поглощения в нагрузке нет. Действительно, диссипативные потери приводят к тому, что на резонансной частоте f₀ входное сопротивление резонаторов R_вх не равно единице и часть мощности сигнала, минуя резонаторы посредством четвертьволнового проводника, передается со входа на выход фильтра-прототипа, уменьшая его затухание. Методами анализа рассчитаны электрические характеристики полоскового неотражающего ПЗФ - прототипа. При анализе варьировались следующие параметры.

X_C - емкостное сопротивление, характеризующее емкостные связи концов первого и второго проводников с концами четвертьволнового и соединительного проводников соответственно,

l₀, _o, , Q₀ - геометрическая длина, волновое сопротивление и собственная добротность отрезка полосковой линии, содержащего четвертьволновый проводник

l₁, ₁, , Q₀ - геометрическая длина, волновое сопротивление и собственная добротность отрезков полосковой линии, содержащих первый и второй проводники;

l₂, ₂, , Q₀ - геометрическая длина, волновое сопротивление и собственная добротность отрезка полосковой линии, содержащего соединительный проводник.

Для АЧХ с вычисленной по уровню 3 дБ полосой V₃ = 1% получены следующие основные электрические параметры.

При Q₀ = 100, L_max = 5 дБ, КСТ_max = 1,016

Q₀ = 200, L_max = 8,15 дБ, КСТ_max = 1,006

Q₀ = 500, L_max = 14,3 дБ, КСТ_max = 1,005

Из представленных данных видно, что фильтр-прототип имеет малые значения затухания на центральной частоте, но при этом имеет малый уровень рассогласования.

Следовательно, полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр, выбранный в качестве прототипа имеет малое затухание на центральной частоте полосы заграждения и содержит поглощающую нагрузку.

Целью изобретения является создание полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, обеспечивающего повышение затухания на центральной частоте полосы заграждения при одновременном сохранении малого уровня рассогласования на этой частоте и в широком диапазоне частот и не содержащего поглощающую нагрузку. Поставленная цель является одной и той же для всех вариантов предложенного полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра. Задача решена принципиально одним и тем же путем, что подтверждается приведенными далее в тексте матрицами (1), (4), (5) и соотношениями (2) между элементами матриц, едиными для всех вариантов предложенного ПЗФ. Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие концы связаны между собой, согласно изобретению первый и второй проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, а их другие концы связаны между собой через дополнительно введенный параллельный индуктивный стержень.

Изобретение поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого фильтра, выполненного по первому варианту;

на фиг. 2 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по первому варианту;

на фиг. 3 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по первому варианту.

На фиг. 1,2 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 -диэлектрическая пластина;

2 - заземляющее основание;

3,4 - проводники входной и выходной линий передачи;

5 - четвертьволновый проводник;

6,7 - первый и второй проводники;

8 - дополнительно введенный параллельный индуктивный стержень.

(Согласно принятой в технике СВЧ терминологии под понятием "параллельный индуктивный стержень" понимается металлический стержень, соединяющий токонесущий проводник с заземляющим основанием и вносящий в линию передачи неоднородность, эквивалентную параллельно включенной индуктивности. См., например, "Справочник по элементам полосковой техники под общей редакцией А. Л. Фельдштейна, Москва, "Связь" 1979, стр. 197.)

i - условно выбранное сечение, в котором один конец четвертьволнового проводника 5 непосредственно соединен с проводником 3 входной линии передачи;

i" - условно выбранное сечение, в котором другой конец четвертьволнового проводника 5 непосредственно соединен с проводником 4 выходной линии передачи;

S - емкостные зазоры между концами четвертьволнового проводника 5 и одними концами первого 6 и второго 7 проводников соответственно;

L - эквивалентная индуктивность, образованная параллельным индуктивным стержнем 8.

C - эквивалентная емкость, характеризующая емкостные связи концов четвертьволнового проводника 5 с концами первого 6 и второго 7 проводников.

Предлагаемый полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр по первому варианту выполнен на полосковой линии (микрополосковой или симметричной).

В микрополосковом исполнении фильтр по первому варианту содержит диэлектрическую пластину 1 с заземляющим основанием 2. На диэлектрическую пластину 1 нанесены проводники 3, 4 входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник 5, концы которого непосредственно соединены в сечениях i, i" с проводниками 3, 4 входной и выходной линий передачи соответственно. На диэлектрическую пластину 1 нанесены также первый 6 и второй 7 проводники, одни концы которых через емкостные зазоры S емкостно связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника 5 соответственно. Другой конец первого проводника 6 связан с другим концом второго проводника 7 через дополнительно введенный параллельный индуктивный стержень 8.

Полосковый неотражающий полосно-заграждающий фильтр по первому варианту работает следующим образом. СВЧ сигнал, поступающий по входной линии передачи 3 на заданной частоте fo не проходит к выходной линии передачи 4 и не отражается на входе. Электромагнитная энергия сигнала полностью поглощается, преобразуясь в тепловую энергию в элементах структуры вследствие наличия в проводниках и диэлектриках "естественных" омических потерь. Вносимое затухание фильтра имеет резонансный характер, причем на резонансной частоте f₀ коэффициент передачи имеет полюс. За пределами полосы резонансного поглощения, в широкой полосе частот, сигнал с малым затуханием (L₀ 0,1 дБ) проходит со входа 3 на выход 4. На резонансной частоте отсутствует отражение (КСТ=1); за пределами полосы поглощения КСТ незначительно отличается от единицы (КСТ 1,08). Для краткости, будем называть "эффектом полного резонансного поглощения" свойства четырехполюсной цепи полностью поглощать энергию на заданной частоте, одновременно обеспечивать малый уровень рассогласования и потерь в широкой полосе частот за пределами полосы поглощения, без использования специальных поглощающих элементов.

Для объяснения наличия эффекта полного резонансного поглощения проведем анализ схемы замещения фильтра, которая изображена на прилагаемой фиг. 2. В ней содержатся входная 3 и выходная 4 линии передачи, четвертьволновый отрезок 5, первый 6 и второй 7 отрезки линии передачи с квази Т-волной и сосредоточенные L, С - элементы. Подчеркнем, что в структуре фильтра нет никаких поглощающих нагрузок и невзаимных элементов. Схема, изображенная на фиг. 2, представляет собой пассивный линейный обратимый симметричный 4^х- полюсник, образованный путем параллельного соединения двух составляющих 4^х-полюсников.

Первый составляющий 4^х-полюсник, содержащий отрезки 6, 7 линии передачи, одни концы которых через емкости С связаны с концами четвертьволнового отрезка 5, а другие концы связаны между собой через индуктивность L, как следует из анализа, является инвертором сопротивлений с параметром K₁=0,5. Этот инвертор дает на частоте f₀ сдвиг по фазе = -90. Поскольку длины отрезков 6, 7 немногим меньше одной четверти длины волны, то кроме инверторных параметров первый составляющий 4^х-полюсник осуществляет также частотную селекцию сигнала, соответствующую двухрезонаторному отражающему ППФ со следующими параметрами: на центральной частоте f₀ диссипативные потери L₀=7,9588 дБ, КСТ= 1,5: входное сопротивление активное (R_еZ_вх= 0,6667; I_m Z_вх = 0). Диссипативные потери обусловлены распределенными потерями в проводниках и диэлектриках двухрезонаторного ППФ, или другими словами, потери определяются конечным значением собственной добротности Q₀ двух связанных через индуктивность L резонаторов.

Второй составляющий 4^х-полюсник, содержащий четвертьволновый проводник 5, представляет собой другой инвертор сопротивлений с параметром K_o= _o (_o- волновое сопротивление четвертьволнового отрезка). Другой инвертор на частоте f₀ дает сдвиг по фазе = +90. При параллельном соединении двух рассмотренных 4^х- полюсников, с отмеченными свойствами и перечисленными параметрами, обеспечивается на частоте f₀ на выходе заявленного фильтра режим короткого замыкания - и тем самым объясняется существование полюса коэффициента передачи. Входное сопротивление результирующего 4^х- полюсника активное и равно R_еZ_вх=1 (I_mZ_вх=0) - и этим объясняется режим идеального согласования (КСТ= 1). Наличие диссипативных потерь (L₀=7,9588дБ) в резонаторах обеспечивает полное поглощение (тепловое рассеивание) энергии сигнала. Отметим, что диссипативные потери в фильтре-прототипе, наоборот, являются причиной, приводящей к малому уровню затухания на центральной частоте. За пределами полосы резонансного поглощения, сигнал со входа на выход фильтра передается "в основном" посредством четвертьволнового отрезка, минуя первый составляющий 4^х-полюсник, поскольку на этих частотах он имеет большую реактивную составляющую входного сопротивления. Этим самым гарантируется малый уровень рассогласования и потерь в широкой полосе частот.

Таким образом, исследуемая структура обеспечивает существование полюса коэффициента передачи на заданной частоте f₀, идеальное согласование на этой частоте и малый уровень рассогласования и потерь в широкой полосе частот за пределами полосы поглощения, причем в структуре фильтра нет поглощающих нагрузок и невзаимных элементов.

Необходимые для расчета фильтра количественные соотношения между параметрами можно найти, используя классические матрицы передачи.

Пусть матрица передачи первого составляющего 4^х-полюсника,

матрица передачи второго составляющего 4^х-полюсника

Тогда параллельное соединение этих 4^х-полюсников описывается матрицей



Требования существования полюса на заданной частоте f₀ и одновременно отсутствие отражения на этой частоте, приводят к следующим соотношениям между элементами матриц:

A"₁₂=-A""₁₂; A"₁₁=A""₁₁-A""₁₂ (2)

Для схемы фиг. 2 аналитические выражения элементов матриц имеют вид:



где



постоянная распространения четвертьволнового отрезка 5 (см. фиг. 2);

постоянная распространения отрезков 6, 7;

Q"₀Q""₀ - собственная добротность отрезков 6, 7, 5.

В дальнейшем принимаем Q"₀ = Q""₀ - Q₀

Собственная добротность полосковой линии может изменяться в широких пределах путем изменения собственной добротности диэлектрика и собственной добротности проводников.

l_o,_o - геометрическая длина и волновое сопротивление четвертьволнового отрезка 5;

l₁,₁ - геометрическая длина и волновое сопротивление одинаковых отрезков 6, 7,

волновые сопротивления _o и _1/ считаем активными)

= f/f_o - относительная частота;

f - частотная переменная; f₀ - заданная частота;

_o - длина волны в отрезках линии передачи, соответствующая частоте f₀;

- нормированная индуктивная проводимость;

R - нормирующее сопротивление (R=1);

нормированное емкостное сопротивление;



Соотношения (2) и трансцендентные выражения (3), являющиеся функциями комплексной переменной, непосредственно сложно применить для получения расчетных формул. Вместе с тем задачу по расчету фильтра можно упростить, рассматривая схему замещения (фиг. 2) и составляющие ее 4^х-полюсники при различных условиях работы. Так методами анализа определено, что на центральной частоте при отсутствии потерь первый составляющий 4^х-полюсник описывается матрицей:

(4)

при наличии потерь L₀=7,9588 дБ в двух резонаторах первого составляющего 4^х-полюсника, его матрица имеет вид:

(5)

Используя аналитические выражения (3) и найденные матрицы (4), (5) находим следующие расчетные формулы:

(6)

(7)

(8)

(9)

В формулах (6), (7), (8), (9) определены взаимосвязи между параметрами l₁/_o, X_C, X_L при l_o/_o= 0,25.

Собственная добротность, характеризующая диссипативные потери в резонаторах, определяется из равенства:

(10)

Полоса заграждения (V₃) по уровню L = 3 дБ вычисляется по формуле:

(11)

Предлагаемый фильтр по первому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения изменяющихся от 0,5% до 5%.

Представленные формулы (6-11) позволяют по заданным требованиям рассчитывать заявленный полосковый неотражающий ПЗФ. Проиллюстрируем это на примере.

Пусть задано: полоса заграждения по уровню L=3 дБ равна V₃=1%; центральная частота = 1; затухание на центральной частоте L_max 50 дБ, КСТ 1.05; фильтр должен быть выполнен на микрополосковой линии, имеющей Q₀=200 (материал - поликор).

Принимаем волновые сопротивления четвертьволнового отрезка 5, первого 6 и второго 7 отрезков полосковой линии одинаковыми и равными ₁= _o= = 1 (напоминаем, что в расчетных формулах все параметры нормированы). По формулам (6-11) находим X_С=11,5422; X_L=0,00374; l₁/_o= 0,2356499; l_o/_o= 0,25.

Итак, все параметры рассчитаны, далее известными методами определяются конструктивные размеры.

Используя найденные значения параметров с помощью ПЭВМ построены АЧХ и частотная зависимость КСТ, которые изображены на прилагаемой фиг. 3 (кривые 1 и 2 соответственно).

Расчетные кривые иллюстрируют существование полюса коэффициента передачи на заданной частоте = 1, идеальное согласование на этой частоте и малый уровень рассогласования и потерь в широкой полосе частот.

Необходимо сделать пояснения по достижимым значениям затухания на резонансной частоте. Расчетные кривые, изображенные на фиг. 3, получены при значениях параметров, вычисленных по формулам (6-11). Эти формулы выведены при предположении, что по сравнению с потерями L₀=7,9588 дБ в резонаторах первого составляющего 4^х-полюсника потери во втором составляющем 4^х-полюснике (в четвертьволновом отрезке) пренебрежимо малы и его собственная добротность Q_o= . В этом случае коэффициент передачи имеет полюс, причем KCT= 1. Если учитывать потери в четвертьволновом отрезке, то при вычисленных по формулам (6-11) значениях параметров затухание L_max велико (L_max 100 дБ), но не бесконечно. Тем не менее, анализ на ПЭВМ показывает, что при учете потерь, при малой корректировке вычисленных значений параметров, можно получить очень большие значения затухания (L_max =200 - 300 дБ при КСТ=1).

Очевидно, в структуре предложенного неотражающего ПЗФ нет никаких ограничений для достижения любого сколь угодно большого затухания на резонансной частоте и одновременно малого уровня рассогласования на этой частоте и в широкой полосе частот.

С целью проверки практической реализуемости предложенного фильтра и экспериментального определения значений основных электрических параметров были изготовлены и испытаны макеты фильтров. Протокол испытаний прилагается. В протоколе приведены сведения о конструктивных параметрах и измеренные значения основных электрических параметров двух типов микрополосковых неотражающих ПЗФ, одного, выполненного по первому варианту, и другого неотражающего ПЗФ, выполненного по второму варианту (этот фильтр будет рассмотрен ниже в качестве второго варианта ПЗФ). Представленные в протоколе данные показывают, что фильтры имеют высокие значения электрических параметров и технологическую выполнимость.

Во втором варианте в полосковом неотражающем полосно- заграждающем фильтре, содержащем диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, разомкнутые на концах и имеющие связь между собой, причем их одни концы емкостно связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, согласно изобретению первый и второй проводники имеют связь между собой емкостную и осуществленную между другим концом первого из них и одним концом второго.

Для второго варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Второй вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 4 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по второму варианту.

На фиг. 5 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по второму варианту.

На фиг. 6 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по второму варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по второму варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что он не содержит параллельного индуктивного стержня; длина первого и второго его проводников на одну четверть длины волны больше, чем у таких же проводников по первому варианту; связь двух проводников между собой емкостная, а не посредством параллельного индуктивного стержня; связь осуществлена между другим концом первого проводника и одним концом второго, а не между другими концами.

На фиг. 4, 5 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по второму варианту:

S - емкостной зазор между одним концом первого проводника и одним концом четвертьволнового проводника;

S₁ - емкостной зазор между другим концом первого проводника и одним концом второго проводника;

S₂ - емкостной зазор между одним концом второго проводника и другим концом четвертьволнового проводника;

C, C₁, C₂ - эквивалентные емкости, характеризующие емкостные связи, реализованные посредством емкостных зазоров S, S₁, S₂ соответственно.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по второму варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту. Матрицы (1), (4), (5) и соотношения (2) между элементами матриц остаются неизменными, что является подтверждением решения поставленной задачи одним и тем же путем.

Эквивалентная схема ПЗФ, выполненного по второму варианту, сложна для аналитического описания, поэтому для ПЗФ по второму и последующим третьему - десятому вариантам представлены числовые значения параметров, порченные путем анализа на ПЭВМ для трех различных полос заграждения.

Для других требуемых полос заграждения значения параметров могут быть получены методами интерполяции.

Ниже приведены значения параметров ПЗФ по второму варианту для трех полос заграждения V₃ по уровню 3 дБ.

Для V₃ = 0.97% X_C = X_C2 = 8; X_C1 = 128.5;

Q₀ = 206.

Для V₃ = 0,51% X_C = X_C2 = 11; X_C1 = 242.7;

Q₀ = 390.

Для V₃ = 0.2% X_C = X_C2 = 18; X_C1 = 648;

Q₀ = 1000.

Характеристики, изображенные на фиг. 6, построены при следующих значениях параметров:

X_C = X_C2 = 8; X_C1 = 98;

Q₀ = 206.

ПЗФ по второму варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,2% до 7%.

В прилагаемом протоколе испытаний приведены измеренные значения затухания на резонансной частоте и КСТ в широком диапазоне частот трех макетов фильтра, изготовленных на различных диэлектрических материалах. Экспериментальные данные показывают высокие достижимые значения основных электрических параметров полоскового неотражающего ПЗФ, выполненного по второму варианту.

Сравнение ПЗФ, выполненных по первому и второму варианту показывает, что вследствие емкостной связи между первым и вторым проводниками, ПЗФ по второму варианту имеет преимущество по реализации более узких полос заграждения.

В третьем варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие концы связаны между собой, согласно изобретению связь одних концов первого и второго проводников с концами четвертьволнового проводника непосредственная кондуктивная, а другие концы связаны между собой через дополнительно введенный параллельный индуктивный стержень.

Для третьего варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Третий вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 7 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по третьему варианту.

На фиг. 8 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по третьему варианту.

На фиг. 9 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по третьему варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по третьему варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что длина первого и второго его проводников на одну четверть длины волны больше, чем у таких же проводников по первому варианту, связь одних концов обоих проводников с соответствующими концами четвертьволнового проводника непосредственная кондуктивная, а не емкостная.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по третьему варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

ПЗФ по третьему варианту имеет следующие значения параметров:

Для V₃ = 18% X_L = 0.55;

Q₀ = 11.2.

Для V₃ = 15.6% X_L = 0.548;

Q₀ = 13.

Для V₃ = 13.6% X_L = 0.535;

Q₀ = 15.

Изображенные на фиг. 9 характеристики построены при следующих значениях параметров:

X_L = 0.535;

Q₀ = 15.

ПЗФ по третьему варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 5% до 15%.

ПЗФ, выполненный по третьему варианту по сравнению с ПЗФ, выполненным по первому варианту, имеет то преимущество, что его полоса заграждения шире, вследствие кондуктивной связи концов первого и второго проводников с соответствующими концами четвертьволнового проводника.

В четвертом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем диэлектрическую пластину на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, разомкнутые на концах, причем их одни концы имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий первый и второй проводники между собой, согласно изобретению соединительный проводник имеет длину меньше одной четверти длины волны и связывает он первый и второй проводники кондуктивно, причем в их средней части.

Для четвертого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Четвертый вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 10 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по четвертому варианту.

На фиг. 11 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по четвертому варианту.

На фиг. 12 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по четвертому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по четвертому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что длина первого и второго его проводников на одну четверть длины волны больше, чем у таких же проводников по первому варианту; связь обоих проводников между собой кондуктивная и осуществлена посредством соединительного проводника 8, имеющего длину меньше одной четверти длины волны, а не через параллельный индуктивный стержень; связь между первым и вторым проводниками осуществлена в их средней части, а не между их другими концами.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по четвертому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

Ниже приведены значения параметров ПЗФ по четвертому варианту для трех полос заграждения V₃ по уровню 3 дБ.

Для V₃ = 4% X_C = 3.35;

Q₀ = 50;

Для V₃ = 1% X_C = 7.44;

Q₀ = 200;

Для V₃ = 0,4% X_C = 12.69;

Q₀ = 494;

Представленные на фиг. 12 расчетные АЧХ и КСТ построены при значениях параметров.

X_C = 7.598;

Q₀ = 200;

ПЗФ по четвертому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,5% до 10%.

Сравнение ПЗФ, выполненных по первому и четвертому варианту показывает что, вследствие кондуктивной связи между первым и вторым проводниками, ПЗФ по четвертому варианту имеет более широкий диапазон изменения полосы заграждения.

В пятом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, а другие - разомкнуты, соединительный проводник, связывающий первый и второй проводники между собой, согласно изобретению первый, второй и соединительный проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, дополнительно введены два параллельных индуктивных стержня, которые соединяют одни концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, одни концы первого и второго проводников связаны с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а соединительный проводник связывает первый и второй проводники кондуктивно, причем их одни концы.

Для пятого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Пятый вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 13 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по пятому варианту.

На фиг. 14 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по пятому варианту.

На фиг. 15 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по пятому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по пятому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что он не содержит диэлектрическую пластину и выполнен на симметричной воздушной полосковой линии, содержащей две наружные металлические пластины. Первый и второй проводники связаны одними концами с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а не емкостно. Другие концы первого и второго проводников разомкнуты и не связаны. Связь первого и второго проводников между собой осуществлена между их одними концами кондуктивно посредством соединительного проводника, а не между другими концами через параллельный индуктивный стержень. Дополнительно введены два параллельных индуктивных стержня, которые соединяют одни концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно.

На фиг. 13, 14 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по пятому варианту:

1,2 - наружные металлические пластины;

8 - соединительный проводник;

9, 10 - дополнительно введенные параллельные индуктивные стержни;

11, 12 - один и другой введенные проводники;

L - эквивалентная индуктивность, образованная каждым параллельным индуктивным стержнем 11, 12.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по пятому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

ПЗФ по пятому варианту имеет следующие значения параметров.

Для V₃ = 0.2% X_L = 0.039;

Q₀ = 1012;

Для V₃ = 0.126% X_L = 0.031;

Q₀ = 1590;

Для V₃ = 0.08% X_L = 0.025;

Q₀ = 2480;

l₃ - длина одного и другого введенных проводников 11, 12.

Характеристики, изображенные на фиг. 15 вычислены при значениях параметров:

X_L = 0.028;

Q₀ = 1960;

ПЗФ по пятому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,07 до 1,5%.

ПЗФ по пятому варианту по сравнению с ПЗФ, выполненного по первому варианту имеет, преимущество по реализации более узких полос заграждения.

В шестом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий другие концы первого и второго проводников между собой, согласно изобретению дополнительно введены четыре параллельных индуктивных стержня, которые соединяют одни и другие концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, одни концы первого и второго проводников связаны с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а соединительный проводник имеет длину меньше одной четверти длины волны и связывает другие концы первого и второго проводников кондуктивно.

Для шестого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Шестой вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 16 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по шестому варианту.

На фиг. 17 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по шестому варианту.

На фиг. 18 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по шестому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по шестому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что он не содержит диэлектрическую пластину и выполнен на симметричной воздушной полосковой линии, содержащей две наружные металлические пластины. Длина первого и второго его проводников на одну четверть длины волны больше, чем у таких же проводников по первому варианту и связаны они одними концами с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а не емкостно. Другие концы первого и второго проводников связаны между собой кондуктивно посредством соединительного проводника, а не через параллельный индуктивный стержень. Дополнительно введены четыре параллельных индуктивных стержня, которые соединяют одни и другие концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно.

На фиг. 16, 17 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по шестому варианту:

1, 2 - наружные металлические пластины;

8 - соединительный проводник;

9,10, 11, 12 - дополнительно введенные параллельные индуктивные стержни;

13, 14 - один и другой введенные проводники.

L - эквивалентная индуктивность, образованная каждым параллельным индуктивным стержнем 9, 10, 11, 12.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по шестому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

ПЗФ по шестому варианту имеет следующие значения параметром.

Для V₃ = 0.42% X_L = 0.08;

Q₀ = 475;

Для V₃ = 0.16% X_L = 0.05;

Q₀ = 1225;

Для V₃ = 0.06% X_L = 0.03;

Q₀ = 3435;

l₃ - длина одного и другого введенных проводников 13, 14.

АЧХ и КСТ, изображенные на фиг. 18 построены при значениях параметров.

X_L = 0.03;

Q₀ = 3435;

ПЗФ по шестому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,08% до 2%.

ПЗФ по шестому варианту по сравнению с ПЗФ, выполненным по первому варианту имеет преимущество по реализации более узких полос заграждения и, кроме того, имеет преимущество по более высокому уровню пропускаемой мощности.

В седьмом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых связаны с одним и другим концами четвертьволнового проводника, соответственно, а другие связаны между собой, согласно изобретению дополнительно введены три параллельных индуктивных стержня, причем два из них соединяют одни концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, а один из них связывает другие концы между собой и соединяет их с двумя наружными металлическими пластинами, а одни концы первого и второго проводников связаны с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники.

Для седьмого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Седьмой вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 19 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по седьмому варианту.

На фиг. 20 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по седьмому варианту.

На фиг. 21 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по седьмому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по седьмому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что он не содержит диэлектрическую пластину и выполнен на симметричной воздушной полосковой линии, содержащей две наружные металлические пластины. Длина первого и второго его проводников на одну четверть длины волны больше, чем у таких же проводников по первому варианту и связаны они одними концами с концами четвертьволнового проводника кондуктивно через один и другой введенные проводники, а не емкостно. Дополнительно введены параллельные индуктивные стержни, которые соединяют одни концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно.

На фиг. 19, 20 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по седьмому варианту:

1, 2 - наружные металлические пластины;

8, 9, 10- дополнительно введенные параллельные индуктивные стержни;

11, 12 - один и другой введенные проводники.

L₁ - эквивалентная индуктивность, образованная параллельными индуктивными стержнями 8,10;

L₂ - эквивалентная индуктивность, образованная параллельным индуктивным стержнем 9.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по седьмому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

Ниже приведены значения параметров для ПЗФ по седьмому варианту.

Для V₃ = 0.33% X_L = 0.07; X_L2 = 0.0024;



Для V₃ = 0.2% X_L1 = 0.055; X_L2 = 0.0015;

Q₀ = 1010

Для V₃ = 0.1% X_L1 = 0.04; X_L2 = 0.0008;

Q₀ = 2000.

l₃ - длина одного и другого введенных проводников 11, 12.

Изображенные на фиг. 21 характеристики вычислены при значениях параметров:

X_L1 = 0.04; X_L2 = 0.0008;

Q₀ = 2000.

ПЗФ по седьмому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,05% до 0,5%.

ПЗФ по седьмому варианту по сравнению с ПЗФ, выполненным по первому варианту имеет преимущество по реализации более узких полос заграждения и, кроме того, имеет преимущество по более высокому уровню поглощаемой мощности.

В восьмом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий другие концы первого и второго проводников между собой, согласно изобретению первый, второй и соединительный проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, дополнительно введены два параллельных индуктивных стержня, которые соединяют другие концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно, а соединительный проводник связывает другие концы первого и второго проводников между собой кондуктивно.

Для восьмого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Восьмой вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 22 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по восьмому варианту.

На фиг. 23 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по восьмому варианту.

На фиг. 24 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по восьмому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по восьмому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что он не содержит диэлектрическую пластину и выполнен на симметричной воздушной полосковой линии, содержащей две наружные металлические пластины. Дополнительно введены два параллельных индуктивных стержня, которые соединяют другие концы первого и второго проводников с двумя наружными металлическими пластинами соответственно. Другие концы первого и второго проводников связаны между собой кондуктивно посредством соединительного проводника, а не через параллельный индуктивный стержень.

На фиг. 22, 23 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по восьмому варианту:

1, 2 - наружные металлические пластины;

8 - соединительный проводник;

9, 10 - дополнительно введенные параллельные индуктивные стержни;

L - эквивалентные индуктивности, образованные параллельными индуктивными стержнями 9, 10.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по восьмому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

Для ПЗФ по восьмому варианту получены следующие соотношения между параметрами:

Для V₃ = 0.2% X_C = 24.98; X_L = 0.028;

Q₀= 1000.

Для V₃ = 0.1% X_C = 34.6, X_L = 0.02;

Q₀ = 2000.

Для V₃ = 0.08% X_C = 39.9; X_L = 0.018;

Q₀ = 2510.

Расчетные АЧХ и КСТ, изображенные на фиг. 24 получены при значениях параметров:

X_C = 24.98; X_L = 0.028;

Q₀ = 1000.

ПЗФ по восьмому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,08% до 2%.

ПЗФ по восьмому варианту по сравнению с ПЗФ, выполненным по первому варианту имеет то преимущество, что его АЧХ не имеет паразитных полос заграждения.

В девятом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем две наружные металлические пластины, симметрично между которыми расположены проводники входной и выходной линий передачи, четвертьволновый проводник, один и другой концы которого соединены непосредственно с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, первый и второй проводники, одни концы которых имеют емкостную связь с одним и другим концами четвертьволнового проводника соответственно, соединительный проводник, связывающий первый и второй проводники между собой, согласно изобретению первый, второй и соединительный проводники имеют длину меньше одной четверти длины волны, другие концы первого и второго проводников короткозамкнуты посредством введенной металлической пластины, кондуктивно соединяющей две наружные металлические пластины, а соединительный проводник связывает первый и второй проводники между собой кондуктивно, причем в сечениях, отстоящих от их короткозамкнутых концов на расстоянии, меньшем одной шестнадцатой длины волны.

Для девятого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Девятый вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 25 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по девятому варианту.

На фиг. 26 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по девятому варианту.

На фиг. 27 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по девятому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по девятому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что он не содержит диэлектрическую пластину и выполнен на симметричной воздушной полосковой линии, содержащей две наружные металлические пластины. Другие концы первого и второго проводников короткозамкнуты посредством введенной металлической пластины, кондуктивно соединяющей две наружные металлические пластины, а не нагружены на общий параллельный индуктивный стержень. Первый и второй проводники связаны между собой кондуктивно посредством соединительного проводника, а не через параллельный индуктивный стержень.

На фиг. 25, 26 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по девятому варианту

1, 2 - наружные металлические пластины;

9 - введенная металлическая пластина, кондуктивно соединяющая наружные металлические пластины 1 и 2 между собой;

l₃ - расстояние от металлической пластины 9 до сечений первого 6 и второго 7 проводников, в которых проводники связаны между собой посредством соединительного проводника 8.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по девятому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

Для ПЗФ по девятому варианту получены нижеприведенные значения параметров:

Для V₃ = 0.4% X_C = 17.5;

Q₀ = 500.

Для V₃ = 0.2% X_C = 24.95;

Q₀ = 1000.

Для V₃ = 0.1% X_C = 36;

Q₀ = 2000.

Изображенные на фиг. 27 характеристики вычислены при следующих значениях параметров:

X_C = 24.94;

Q₀ = 1000.

ПЗФ по девятому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,1% до 2,5%.

ПЗФ по девятому варианту по сравнению с ПЗФ, выполненным по первому варианту имеет то преимущество, что его полоса частот с малым уровнем затухания более широкая.

В десятом варианте в полосковом неотражающем полосно-заграждающем фильтре, содержащем диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - проводники входной и выходной линий передачи, первый и второй проводники, связанные между собой, причем их одни концы разомкнуты, согласно изобретению на торцевые стороны диэлектрической пластины нанесены проводники, непосредственно соединенные с заземляющим основанием, введены два передающих проводника, одни концы которых непосредственно соединены с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, а их другие концы разомкнуты и емкостно связаны между собой, разомкнутые концы первого и второго проводников емкостно связаны с передающими проводниками соответственно и, кроме того, емкостно связаны между собой, а другие концы первого и второго проводников непосредственно соединены с проводником, нанесенным на одну торцевую сторону диэлектрической пластины, введены два дополнительных проводника, кондуктивно соединяющих одни концы передающих проводников соответственно с проводником, нанесенным на другую торцевую сторону диэлектрической пластины.

Для десятого варианта ПЗФ аналог и фильтр-прототип те же, что для первого варианта ПЗФ.

Десятый вариант изобретения поясняется следующим описанием и приложенными чертежами.

На фиг. 28 изображена конструкция полоскового неотражающего полосно-заграждающего фильтра, выполненного по десятому варианту.

На фиг. 29 - схема замещения предлагаемого фильтра, выполненного по десятому варианту.

На фиг. 30 - расчетные АЧХ и КСТ предлагаемого фильтра, выполненного по десятому варианту.

Отличие полоскового неотражающего ПЗФ по десятому варианту от ПЗФ по первому варианту состоит в том, что входная и выходная линии передачи связаны между собой посредством двух передающих проводников, одни концы которых непосредственно соединены с проводниками входной и выходной линий передачи соответственно, а их другие концы разомкнуты и емкостно связаны между собой, а не посредством четвертьволнового проводника, на две торцевые стороны диэлектрической пластины нанесены проводники, непосредственно соединенные с заземляющим основанием; связь между первым и вторым проводниками емкостная, причем между их одними концами, а не между другими концами через параллельный индуктивный стержень; другие концы первого и второго проводников непосредственно соединены с проводником, нанесенным на одну торцевую сторону диэлектрической пластины, а не связаны между собой; введены два дополнительных проводника, кондуктивно соединяющих одни концы передающих проводников соответственно с проводником, нанесенным на другую торцевую сторону диэлектрической пластины.

На фиг. 28, 29 и в тексте приняты следующие дополнительные обозначения по десятому варианту:

5, 6 - первый и второй проводники;

7, 8 - проводники, нанесенные на торцевые стороны диэлектрической пластины;

9, 10 - передающие проводники;

11, 12 - дополнительные проводники;

S - емкостной зазор между передающими проводниками 9, 10;

S₁ - емкостной зазор между проводниками 5, 6 и проводниками 9, 10 соответственно;

S₂ - емкостной зазор между разомкнутыми концами первого 5 и второго 6 проводников;

C, C1, C2 - эквивалентные емкости, характеризующие емкостные связи, реализованные посредством емкостных зазоров S, S₁, S₂ соответственно.

Принцип работы полоскового неотражающего ПЗФ по десятому варианту ничем не отличается от принципа работы его по первому варианту.

ПЗФ по десятому варианту имеет приведенные ниже параметры:

Для V₃ = 3.6% X_C = 1.23; X_C1 = 96.3; X_C2 = 7;

Q₀ = 56.

Для V₃ = 1.23% X_C = 1.1; X_C1 = 244; X_C2 = 11;

Q₀ = 162.

Для V₃ = 0.71% X_C = 1.19; X_C1 = 454; X_C2 = 15;

Q₀ = 280.

l₀ - длина передающих проводников 9, 10.

l₃ - длина дополнительных проводников 11, 12.

Характеристики, изображенные на фиг. 30 получены при следующих значениях параметров:

X_C = 1.1; X_C1 = 244; X_C2 = 11;

Q₀ = 162.

ПЗФ по десятому варианту может быть использован при относительных полосах заграждения, изменяющихся от 0,5% до 10%.

ПЗФ по десятому варианту по сравнению с ПЗФ, выполненным по первому варианту имеет то преимущество, что он позволяет дополнительно заграждать спектральные составляющие в полосе частого 0 0,9.

Из сравнения полосковых неотражающих полосно-заграждающих фильтров, выполненных по предлагаемым схемам первого-десятого вариантов и схеме - прототипа видно, что затухание на центральной частоте полосы заграждения у предлагаемого фильтра в 10 раз и более (по децибелам) выше, чем у фильтра - прототипа, при этом уровни рассогласования у сравниваемых фильтров примерно одинаковые. Предлагаемый фильтр не содержит поглощающую нагрузку и поглощение энергии сигнала осуществляется в элементах фильтра за счет наличия в них естественных диссипативных потерь.

Таким образом, использование изобретения позволит повысить затухание на центральной частоте полосы заграждения при одновременном сохранении малого уровня рассогласования на этой частоте и в широком диапазоне частот без содержания поглощающей нагрузки. Это заключение является единым для всех вариантов предложенного полоскового неотражающего полосно-заграждающею фильтра.