микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр
Классы МПК: | H01P1/203 фильтры на основе полосковых линий |
Автор(ы): | Беляев Борис Афанасьевич (RU), Лексиков Александр Александрович (RU), Сержантов Алексей Михайлович (RU), Волошин Александр Сергеевич (RU), Бальва Ярослав Федорович (RU) |
Патентообладатель(и): | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-08-14 публикация патента:
20.01.2014 |
Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров. Микрополосковый фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, причем только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники разомкнуты. 3 ил.
Формула изобретения
Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, отличающийся тем, что только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники разомкнуты.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.
Известен микрополосковый полосно-пропускающий фильтр [Патент RU № 2182738, МКИ7 Н01Р 1/203, 1/205, бюл. № 14 от 20.05.2002], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены прямолинейные полосковые проводники. В таком фильтре полосковые проводники вместе с диэлектрической подложкой и заземляемым экраном образуют регулярные четвертьволновые микрополосковые резонаторы, электромагнитно связанные между собой.
Недостатком такой конструкции фильтра является то, что он имеет полосу заграждения не более октавы, а возможности расширения его полосы пропускания ограничиваются тем обстоятельством, что емкостное и индуктивное взаимодействие резонаторов вычитаются друг из друга. Это не позволяет достичь достаточно большой величины полного коэффициента связи, необходимого для реализации широкой полосы пропускания фильтра.
Наиболее близким аналогом является гребенчатый полосно-пропускающий микрополосковый фильтр [Патент RU № 2148286, МКИ7 Н01Р 1/205, 1/203, бюл. № 12 от 27.04.2000 (прототип)], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены короткозамкнутые полосковые проводники, связанные между собой электромагнитно и кондуктивно. Проводники резонаторов выполнены прямолинейными, кроме того, между полосковыми проводниками, являющимися резонаторами, нанесены дополнительные короткозамкнутые полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами. Длина дополнительных полосковых проводников выполнена изменяемой.
Недостатками гребенчатого полосно-пропускающего микрополоскового фильтра являются узкая высокочастотная полоса заграждения и сравнительно большие размеры.
Техническим результатом изобретения является расширение высокочастотной полосы заграждения широкополосного полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшение его размеров.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, новым является то, что только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники не короткозамкнуты. Иначе говоря, проводники внутренних резонаторов одним концом соединены между собой и короткозамкнутыми проводниками внешних резонаторов с помощью дополнительных проводников.
Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, не короткозамкнуты.
Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов.
На фиг.1а изображена топология проводников пятирезонаторного фильтра прототипа, а на фиг.1б - топология проводников заявляемого микрополоскового фильтра пятого порядка.
На фиг.2 изображены рассчитанные амплитудно-частотные характеристики заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра прототипа (штриховая линия).
На фиг.3 изображены амплитудно-частотные характеристики фильтра пятого порядка, измеренные на экспериментальном макете.
Заявляемый микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (фиг.1б) содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую сторону нанесены параллельные прямолинейные полосковые проводники 2 и 3, причем внешние проводники 3 короткозамкнуты с одной стороны на экран, а внутренние 2 кондуктивно соединены с одного конца между собой и соединены с внешними короткозамкнутыми проводниками с помощью дополнительных проводников 4. Внешние проводники 3 также кондуктивно подключены к входной и выходной линиям передачи.
Фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам, как показано на фиг.1б, причем расстояние от заземленных концов проводников до точек подключения внешних линий передачи определяется заданным уровнем отражений в полосе пропускания фильтра. Сигналы, частоты которых попадают в полосу пропускания, проходят на выход фильтра с минимальными потерями, в то время как на частотах вне полосы пропускания происходит отражение сигналов от входа устройства.
Благодаря наличию дополнительного проводника все параллельные проводники, образующие резонаторы, связаны между собой не только электромагнитно, но и кондуктивно. Величину коэффициента связи можно изменять, варьируя как величины зазоров между резонаторами S, так и расстояние от дополнительного проводника до экрана l 1. Как известно, ширина полосы пропускания фильтра определяется, при прочих равных условиях, величиной коэффициента связи между резонаторами. Меняя расстояние l1 от дополнительного проводника до экрана, можно в широких пределах менять величину коэффициента связи между резонаторами, не меняя при этом расстояния между ними. Благодаря этому можно получить относительную ширину полосы пропускания до 120% и более, с величинами зазоров достаточными, чтобы обеспечить электрическую прочность фильтра, требуемую для работы с уровнями мощности в десятки ватт. Ширина дополнительного проводника может быть выбрана достаточно малой, что приводит к увеличению его погонной индуктивности. Это существенно уменьшает длину полосковых проводников резонаторов заявляемого фильтра по сравнению с прототипом при одинаковой центральной частоте полосы пропускания, а также расширяет его высокочастотную полосу заграждения.
На фиг.2 приведены расчетные частотные зависимости вносимых потерь для заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра прототипа (пунктирная линия). Оба фильтра имеют центральную частоту f0=2 ГГц и относительную ширину полосы пропускания f/f0=70% по уровню - 3 дБ, КСВ в полосе пропускания фильтра не хуже 1,5. Расстояние между полосковыми проводниками внешних резонаторов было одинаковым для обоих фильтров, а ширина полосковых проводников всех резонаторов была одинаковой и равна 1 мм. В качестве материала подложек был выбран поликор с относительной диэлектрической проницаемостью =9.8; толщина подложек hd=1 мм. В расчетной модели заявляемого фильтра расстояние от дополнительного проводника до экрана l1=3.5 мм, а зазоры между проводниками резонаторов: S1=0.5 мм, S2=2.5 мм. При этом размеры микрополосковой структуры в заявляемом фильтре составили 11×16 мм, в то время как размеры фильтра прототипа составили 11×21 мм2, т.е. заявленный фильтр имеет существенно меньшие размеры при прочих равных условиях, что подтверждает заявленный технический результат.
Из графиков видно, что в области полосы пропускания амплитудно-частотные характеристики почти идентичны, однако первый паразитный высокочастотный резонанс у фильтра прототипа располагается на частоте 3.66 ГГц, а у заявляемого фильтра - на частоте 5 ГГц, т.е. практически в 1.4 раза дальше. Это отношение можно еще больше увеличить, уменьшая ширину дополнительного проводника wp.
На фиг.3 приведены измеренные зависимости прямых потерь (точки) и потерь на отражение (штриховая линия) макета полосно-пропускающего фильтра пятого порядка на основе заявляемой конструкции. Его конструктивные параметры были следующими. Подложка выполнена из керамики ТБНС ( =80) толщиной hd=1 мм. При этом остальные параметры конструкции в миллиметрах были следующими: lr=13.5, l1=3.5, 1=1.2, 2=2.5, S1=0.6, S2=3.3, w1=w2=w3=0.4, wp=0.1, т.е. размеры микрополосковой структуры фильтра составили всего 13.5×9.3 мм2. Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания, измеренную по уровню - 1дБ от уровня минимальных потерь, f/f0=62%, и центральную частоту полосы пропускания f0=945 МГц.
Таким образом, заявляемая конструкция позволяет реализовывать на ее основе миниатюрные широкополосные полосно-пропускающие фильтры с увеличенной высокочастотной полосой заграждения.
Класс H01P1/203 фильтры на основе полосковых линий
полосно-пропускающий свч фильтр - патент 2528148 (10.09.2014) | |
управляемый фазовращатель - патент 2515556 (10.05.2014) | |
полосковый фильтр с широкой полосой заграждения - патент 2513720 (20.04.2014) | |
полосно-заграждающий фильтр - патент 2498464 (10.11.2013) | |
полосно-пропускающий фильтр - патент 2480867 (27.04.2013) | |
миниатюрный полосковый резонатор - патент 2470418 (20.12.2012) | |
полосовой сверхвысокочастотный фильтр - патент 2460207 (27.08.2012) | |
полосно-пропускающий перестраиваемый фильтр свч - патент 2459320 (20.08.2012) | |
амплитудный корректор - патент 2439754 (10.01.2012) | |
полосно-пропускающий фильтр свч - патент 2432643 (27.10.2011) |