Микрополосковый фильтр верхних частот

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в частотно-избирательных цепях. Цель изобретения - повышение избирательности и обеспечение возможности подстройки. Микрополосковый фильтр высоких частот содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой металлизирована, а на другой размещены полосковые проводники 2, крайние из которых являются входами и соединенные между собой посредством емкостных зазоров или конденсаторов 3. Перпендикулярно полосковым проводникам 2 подключены короткозамкнутые шлейфы 5, выполненные в виде двух проводников, имеющих электромагнитную связь и подключенных к полосковым проводникам 2 симметрично и по разные стороны относительно емкостных зазоров или конденсаторов 3. На двух проводниках каждого шлейфа 5 симметрично размещена введенная металлическая пластина 7, замыкающая их между собой и установленная с возможностью перемещения вдоль проводников. Ширина металлической пла

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И (Л (л) (л

0с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776368/09 (22) 02.01.90 (46) 07,08.92, Бюл. № 29 (71) Харьковский государственный университет им. А.M.Ãîðüêîãî (72) С.А.Погарский, Г.М.Петьков, А.П.Полуяненко и И.И.Сапрыкин (56) Патент США ¹ 4297661, кл. Н 01 Р1/203,,1981.

Микроэлектронные устройства. /Под ред Г.И.Веселова, — М.. Высшая школа, 1988, с,93. (54) МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в частотно-избирательных цепях. Цель изобретения — повышение избирательности и обеспечение возможности подстройки. Микрополоско„, Ы,„, 1753516 А1 вый фильтр высоких частот содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой металлизирована, а на другой размещены полосковые проводники 2, крайние из которых являются входами и соединенные между собой посредством емко- ° стных зазоров или конденсаторов 3, Перпендикулярно полосковым проводникам 2 подключены короткозамкнутые шлейфы 5, выполненные в виде двух проводников, имеющих электромагнитную связь и подключенных к полосковым проводникам 2 симметрично и по разные стороны относительно емкостных зазоров или конденсаторов 3. На двух проводниках каждого шлейфа 5 симметрично размещена введенная металлическая пластина 7, замыкающая их между собой и установленная с возможностью перемещения вдоль проводников. Ширина металлической пла1753516

15 стины 7 выбрана не менее 5(S+ 2W), где S— расстояние между двумя проводниками, W — ширина проводников, а отношение S к толщине h диэлектрической подложки 1 выбрана в пределах Slh = 4-6 W/h. Короткое замыкание выполнено в виде металлизации

6, имеющей контактс металлической пластиной 7. Выполнейие шлейфов 5 и их подключение к полосковым проводникам, а

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокочастотных блоках приемопередающих устройств, Известен фильтр верхних частот на микрополосковой линии. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована, а на другой — расположены токоведущий проводник микрополосковой линии с разрывами, которые образуют последовательные емкости, входная и выходная линии и короткозамкнутые шлейфы с высоким волновым сопротивлением, которые подключены к токоведущему проводнику посередине между емкостями. При этом в подложке выполнены отверстия, в кОторых расположены перемычки, обеспечивающие электрический контакт шлейфов с металлизацией.

Недостатком фильтра являются плохие электрические характеристики, а именно большой уровень КСВН и затухания в полосе пропускания, малая крутизна АЧХ в переходной области, увеличение которой достигается увеличением числа звеньев фильтра, однако это ведет к дальнейшему росту КСВН, затухания и изрезанйости АЧХ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фильтр верхних частот. Фильтр содержит ферритовую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована, а на другой стороне расположен токоведущий проводник микрополосковой линии с разрывом, в который включена последовательная емкость(сосредоточенная), а также короткозамкнутые шлейфы, подключенные к токоведущему проводнику симметрично относительно емкости в непосредственной близости от нее по разнйе стороны от токоведущего ïðîводника, т.е, электромагнитно не связаны одни с другими; а их длина выбрана из условия обеспечения характеристики фильтра верхних частот.

Недостатками известного фильтра являются неудовлетворительные электриче20

45 также ограничительных условий обеспечивает возможность получения оптимальной взаимоиндукции связанных линий, благодаря чему достигается увеличение крутизны амплитудно-частотной характеристики и уменьшение потерь в полосе пропускания, Возможность подстройки обеспечивается перемещением металлических пластин 7; 1 ил., 1 табл. ские характеристики, а именно большой уровень КСВН и затухания в полосе пропускания, малая крутизна АЧХ в переходной области, увеличение которой достигается совмещением характеристики фильтра верхних частот и ферромагнитного резонанса, а также увеличением числа звеньев фильтра, что ведет к дальнейшему росту КСВН, затухания и изрезанности АЧХ, При массовом производстве таких фильтров оказывается высокий процент отбраковки, поскольку необходимо совмещать характеристики фильтра верхних частот и ферромагнитного резонанса, разброс всех параметров элементов фильтра при их изготовлении ведет к еще большему отклонению амплитудно-частотных характеристик от оптимальной. Кроме того, если даже и удается изготовить фильтр с небольшими отклонениями от расчетной

АЧХ, то такой фильтр не обладает способностью даже слабой коррекции АЧХ.

В связи с этим электрические характеристики фильтров трудно воспроизводимы, что накладывает на использование таких фильтров определенные ограничения.

Целью изобретения является повышение избирательности и обеспечение возможности подстройки.

На чертеже представлено схематичное изображение фильтра верхних частот.

Фильтр содержит диэлектрическую подложку 1, на которой расположены входная линия 2, последовательные емкости 3, образованные разрывами в токоведущем проводнике или сосредоточенными емкостями, включаемыми в разрывы токоведущего проводника, выходная линия 4, короткозамкнутые шлейфы 5 с высоким волновым сопротивлением, попарно подключаемые симметрично относительно емкостей, и дополнительную металлизацию 6, дополнительные проводящие пластины 7.

Расчет фильтра проводится следующим образом.

1753516

Фильтр, состоящий только из емкости, имеет потери на частоте среза fcp. равные 3 дБ в случае, если реактивное сопротивление равно волновому сопротивлению тракта

1-об 1,33Lcоб. ("-)

Выражение (3) определяет зависимость общей индуктивности Lgg от частоты среза

fcp. С другой стороны, если волновое сопро5 тивление отрезка линии велико, то его индуктивность определяется волновым сопротивлением Z1, шириной токопроводящего проводника W, эффективной диэлектрической проницаемостью еэф

21 11 VEs ( с

Хс — о где Zо — волновое сопротивление СВЧ тракта, Резонансная частота контура, образованного этой емкостью и близкорасположенными шлейфами, обладающими общей индуктивностью Lo6, равна где с:скорость света.

15 Приравнивая формулы (3) и (5), находят длину отрезка линии

2Л 1б С

It—

5,32 Xfcp Z) С Фэф тогда длина одного шлейфа равна! = I>/2 или гДЕ -об = особ+ Мй

Mik — коэффициенты взаимоиндукции соответствующих шлейфов.

Иэ (2) находим индуктивность (7) 4об =

4df, С (3) 25

10 64 К fcp Z) С 1Фэф (8) Отметим, что в выражении P) учтена взаимоиндукция соседних шлейфов, а также

30 дисперсионные явления в МПЛ.

Z< рассчитывается по известным формулам

Выражение для Ми< — взаимной индуктивности шлейфов можно получить с помощью метода средних потенциалов. Проведя все необходимые преобразования, предусмотренные методом средних потенциалов, получают выражение для определения взаимной индуктивности шлейфов с индексами I, k l, +W -Wk (4) 40

w, где Ii, lk — нормированные íà h величины длин шлейфов;

W1, 64 — нормированные íà h величины, ширины МПЛ шлейфов;, Sik — нормированные расстояния между ними.

Из общей радиотехники известно, что фильтр на связанных контурах(линиях) име- 50 ет максимально возможную полосу пропускания с минимальным уровнем пульсацйй в полосе при величине оптимальной связи, т.е. при коэффициенте взаимоиндукции, равном примерно 1/3 от собственной ин- 55 дуктивности шлейфа. Ма/Leos = 1/3 = 0,33.

Численное моделирование выражения (3) по,"словию оптимальности величины связи (т в Мй/особ = О,ЗЗ, Mik 0,33Lcoáj приводит к условию

In — +—

377

»1 Яо,1 II + /IK + Wz

Ми = (Ь

2л

Z) =- — — (1 + (2 In 4 +

+ »+11» / W+094)+

2 42h

10 ) ) для W/h>1; (In n2 + In j) дл» w(»«.

Условие(5) выполняется при S =(4...6)W, что доказывается экспериментально.

Микрополосковый фильтр верхних частот работает следующим образом.

При подаче сигнала сложного спектра на вход 2 фильтра сигналы с частотами выше частоты среза fcp проходят к выходной линии 4 через емкости 3 и шлейфы 5, сигналы же. с частотами менее fcp предлагаемым устройством подавляются, настройка осуществляется перемещвнием проводящих пластин, 1753516

В таблице приведен сравнительный анализ характеристик известного и предлагаемого фильтров.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения обусловлена возможностью реализации высококачественных фильтров, сочетающих свойства воспроизводимости электричеСоставитель С. Погарский

Редактор M. Янкович Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Заказ 2771 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Опираясь на экспериментальные исследования, можно рекомендовать расстояние между шлейфами равное (4-6)W/h, поскольку в этом случае потери в полосе пропускания будут минимальны и не будут превышать 1 дБ. При изменении расстояния в сторону уменьшения потери будут возрастать из-за того, что начинает отличаться от оптимальной взаимоиндукция связанных линий, образованных близлежащими шлейфами, и соответствеййо йзменяются элементы фильтра по сравнению с расчетными.

При увеличении расстояния между шлейфами более 6W/h ухудшение характеристики происходит из-за рассредоточенных неоднородностей, обусловленных включением шлейфов и емкостей, и возникающих в связи с этим интерференционных явлений, подобных явлениям, возникающих в прототипе.

В ских характеристик, возможности перестройки, малым уровнем потерь и КСВН.

Формула изобретения

Микрополосковый фильтр верхних час5 тот, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована, а на другой размещены полосковые проводники, соединенные между собой посредством емкостных зазоров или конденсаторов, 10 и короткозамкнутые шлейфы, перпендикулярно подключенные к полосковым проводникам, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательности и обеспечения подстройки, каждый короткозамкнутый

15 шлейф выполнен в виде двух проводников, имеющих электромагнитную связь, подключенных к полосковым проводникам симметрично и по разные стороны относительно емкостного зазора или конденсатора и на

20 которых симметрично размещена введенная металлическая пластина, замыкающая их между собой и установленная с возможностью перемещения вдоль двух проводников, при этом ширина металлической

25 пластины выбрана менее 5(S + 2W), где S— расстояние между двумя проводниками, W — ширина проводников, а отношение $ к толщине h диэлектрической подложки выбрано в пределах (4 — 6) Wih.