Сверхвысокочастотный фильтр нижних частот
COI03 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 Р 1/203
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793358/09 (22) 19.02.90 (46) 23.09.92. Бюл. N 35 (71) Минский научно-исследовательский приборостроительный институт (72) В.П. Липатников и Н.А. Баринова (56) Патент США
М 3879690, кл, Н 01 Р 1/20, 1979, Обзоры по электронной технике, сер. 1, Электроника СВЧ, вып. 3(612) ЦНИИ "Электроника", М,: 1979, с. 2-5, t5 16, (54) СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФИЛЬТР
НИЖНИХ ЧАСТОТ (57) Использование: в радиотехнике в качестве составной части СВЧ-устройств Сущ,5g „„1764100 А1
2 ность изобретения: фильтр нижних частот содержит диэлектрическую пластину (1), размещенную в металлическом корпусе(2) и металлизированную с двух сторон. На одной стороне диэлектрической пластины (1) металлизация выполнена в виде полоскового проводника с чередующимися участками (3, 4) большей и меньшей ширины. На другой стороне диэлектрической пластины (1) металлизирующее покрытие, электрически соединенное с корпусом (2), снабжено отверстиями в местах, соответствующих размещению участков (4) полбскового проводника меньшей ширины. Отверстия могут иметь круглую форму. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.
3 4
Изобретение относится к СВЧ технике фильтров паразитные частоты составляют и может использоваться в качестве состав- приблизительно 3-4 fcp ной части СВЧ смесителей, детекторов, ге- Чтобы отодвинуть возникающие паранераторов, умножителей частоты, а также в зитные полосы в более высокочастотную обсложных фильтрующих структурах, 5 ласть, надо уменьшать длины высокоомных
Поскольку СВЧ фильтры нижних частот отрезков. (ФНЧ) используются, как правило, в устрой- Однако для сохранения требуемых хаствах СВЧ, содержащих активные элемен- рактеристик фильтра (определенной fcp, паты, к ним, помимо традиционных, терь в области пропускания, крутизны предьявляется ряд специфических требова- 10 амплитудно-частотной характеристики на ний, т.е, кроме требуемой полосы пропуска- границе запйрания и пропускания) одноврения (частоты среза fcp), обеспеЧения в менно надо увеличивать волновое сопрообласти пропускания приемлемых уровней тивление высокоомных отрезков, но для потерь, обеспечения требуемой крутизны микрополосковых линий это становится техамплитудно-частотной характеристики на 15 нически невыполнимым. границе областей пропускания и запира- Известен СВЧ ФНЧ, содержащий разния, в этих фильтрах уделяется особое вни- мещенную в металлическом корпусе диэмание неизбежно возникающим глубоким лектрическую подложку, на одной из сторон (до единиц дБ) паразитным полосам пропу- которой размещены входной и выходной поскания в области запирания. 20 лосковые проводники, соединенные между
При использовании ФНЧ, например, в собой полосковыми проводниками в виде широкополосных преобразователях, кото- чередующихся высокоомных и низкоомных рые реализуются на нелинейных активных отрезков, элементах, в эти паразитные полосы пропу- - Паразитные полосы пропускания подоскания могут попадать и проходить на вы- 25 бных ФНЧ расположены гораздо выше Fcp, ход, резонировать, некоторые, так как при использовании тонких полигармонические и комбинационные состав- имидных пленок с ег -2 — 3 и при технологиляющие, что будет приводить на некоторых чески выполнимой наименьшей ширине частотах рабочего диапазона к увеличению высокоомных отрезков волновое сопротивпотерь преобразования, провалам в частот- 30 ление Z» будет порядка 200 — 300 Ом в завйной характеристике потерь преобразова- симости оТ допустимых для заданного ния, и как следствие — к увеличению ее рабочего диапазона частот размеров„Но су- неравномерности. С этой точки зрений не- щественным недостатком таких фильтров обходимо стремиться к тому, чтобы пара- является недостаточно низкое значение Zi зитные полосы пропускания были отнесены 35 низкоомного отрезка (Zy85-50 Ом), опредекак можно дальше от основной полосы про- ляющего входное сопротивление ФНЧ и пускания. другие характеристики фильтров. ПоследИзвестен СВЧ ФНЧ, содержащий уста- нее обстоятельство становится существенновленную в металлическом корпусе диэ- ным препятствием при использовании лектрическую пластину, на одной стороне 40 данных фильтров, например, для волноводкоторой размещено металлизирующее по- ных преобразователей СВЧ, когда особые . крытие, электрически соединенное с метал- требования предьявляются к первому, низ- лическим корпусом, а на другой стороне коомному, звену фильтра, обеспечйвающевыполнен полосковый проводник в видече- му, помимо фильтрующих свойств, редующихся участков большей и меньшей 45 замыкание СВЧ волны по широкой стенке в ширины. подводящем волноводе.
Технологйчески осуществимый перепад В свою очередь, в результате выполневолновых сопротивлений в полосковом про- ния указанных требований длина низкоомводнике ФНЧ данной конструкции состав- ного отрезка становится близкой ляет от 5 — 10 Ом (Zl) до 120-130 Ом (Z»). 50 половинедлины волны в близлежащих к ра,цлины отрезков рассчитываются, йсходя из бочему частотных диапазонах, а, следова типовфильтров и требуемых характеристик. тельно, это приводит k появлени1о новых
Появление паразитных полос пропускания паразитных полос пропускания. в области запирания вызвано тем, что дли- Указанное техническое противоречие ны высокоомных отрезков становятся близ- 55 удалось частично разрешить в ФНЧ, содеркйми к половине длины волны или для жащем размещенную в металлическом коррабочего интервала, или для того частотнб- пусе диэлектрическую подложку, на одной, го интервала, где лежат комбинационные, плоской, стороне которой размещены полочастоты или гармонические составляющие сковые проводники (звенья), представляюпреобразования. Для микрополосковых
1764100
5 6 щие собой чередующиеся низкоомные чески соединенное с металлическим корпу(большей ширины) и высокоомные (мень- сом, а на другой стороне выполнен полоскошей ширины) отрезки полосковых провод- вый проводник в виде чередующихся ников, а другая сторона полностью участковбольшейименьшейширины,предметаллизирована, причем диэлектрическая 5 лагается в металлизирующем покрытии в подложка ймеетуменьшенную толщину под областях участков полоскового йроводнйка низкоомными отрезками полосковых про- меньшей шйрины выполнить отверстия, вОдников (кроме крайних) и к последнему, размер которых в-направлении, перпендивыходному, звену подключен дополнитель- кулярном оси полоскового проводника, преный полосйозаграждающий фильтр. 10 вышает их ширину. Причем для улучшения
К основным недостаткам данной конст- согласования упомяйутые отверстия имеютрукций можно отнести: нетехнологичность круглую форму. и огромную трудоемкость изготовления из- Сущность изобретения заключается в за необходимости металлизации заземляю- том, что, благодаря выполнению отверстий щей поверхности сложной конфигурации; 15 в металлизирующем покрытии подложки невозможность выполнения данного ФНЧ под высокоомными отрезками полосковых на тонкоплейочных диэлектрических мате- проводников мейьшей ширйны, удалось суриалах.. щественно (в 2-2;5 раза) увеличить их волКроме того. основная причина возник- новое сопротивление","riîñêîëüêó при этом ношения паразитных полос. пропускания в 20 науказанныхучасткахполосковыхотрезков данной конструкции не устранена, посколь- . в качестве заземляющего основания иску величина волновых сопротивлений. высо- пользуется сам экранирующий корпус, а не коомных участков остается недостаточной . сплошное металлизирующее покрытие, раз(порядка 130 Ом), и длину высокоомного мещенное на противоположной стороне участка не удается снизить менее, чем До 25 подложки, как в прототипе, т.е. на участках четверти длины волны частот, попадающих размещения отрезков:мЕньшей ширины выв полосу заграждения фильтра. В результа- сокоомных отрезков, образуется иной тип те, для подавления неизбежно возникаю- линии передачи. с повышенным волновым щих в высокоумных участках йаразитнйх. сопротивлением. резонансов приходится устанавливать до- 30 Увеличение же волнового.сопротивлеполнительный полосно-заграждающий ния высокоомных участков позволяет сущефильтр. ственно уменьшить длину высокоомных
Смещение паразитных резонансов, отрезков и, тем самым, отодвинуть в более возникающих в крайних низкоомных участ- высокочастотную область паразитную полоках, достигается выбором их размеров, а в 35 су пропускания (fnapaa-7 — 101 р), возникаюсредних — выполнением под нйми выемок в щую за счет длины высокоомных отрезков, диэлектрической подложке. При этом ника- причем соответственно увеличивается знаких мер по подавлению паразитных резо- чение перепада волновых сопротивлений нансов, возникающих в крайних отрезков большей и меньшей ширины йпри низкоомных участках вообще не предпри- 40 этом достигаются более качественные ха- нято. Укаэанные паразитные резонансы рактеристики самого ФНЧ. можно было бы частично подавить, приме- На фиг. 1 представлена конструкция занив более тонкий диэлектрик, но тогда ус- явленного ФНЧ, общий вид; на фиг. 2 — вид ложняется либо становится невозможным диэлектрическойплаты состороны металливыполнение выемок под низкоомными уча-. 45 зирующего покрытия, имеющего отверстия стками и сводится к минимуму положитель- (показаны два из возможных вариантов с ный эффект от данного технического различной формой отверстий); на фиг. 3— решения., В результате для подавления па- амплитудно-частотная характеристика заразитных резонансов приходится использо- явленного ФНЧ; на фиг. 4 — амплитудно-чавать дополнительный фильтр.. 50 стотная характеристика ФНЧ прототипа.
Цельюизобретенияявляетсясмещение ФНЧ содержит диэлектрическую подпараэитных полос пропускания в более вы- ложку 1, размещенную в экранирующем месокочастотную область и повышение глуби- таллическом корпусе 2; нв одной из сторон ны подавления паразитных полос диэлектрической подложки 1 размещено пропускания.. 55 металлизирующее покрытие в виде чередуПоставленная цель достигается тем, что ющихся BblcoKoOMHblx 3 и низкоомных 4 отСВЧ ФНЧ, содержащем установленную в резков полосковых проводников; металлическом корпусе диэлектрическую противоположная сторона подложки 1 мепластину, на одной стороне которой разме- таллизирована проводящим покрытием 5, в щено металлизирующее покрытие, электри- котором под высокоомными отрезками 3 по1764100
20 чиной и соотношением волновых сопротивлений ниэкоомных и высокоомных участков, т.е. их шириной, а также их длиной. По известным методикам, задаваясь определенными, осуществимыми для примененного
25 вида передающей линии максимальным и минимальным волновыми сопротивлениями, производится расчет геометрических размеров фильтра. И, чем выше волновое сопротивление высокоомного участка филь30 тра и ниже низкоомного, тем короче участки и в целом фильтр, а значит, возможен более точный расчет параметров, так как большинство методик тем точнее, чем больше отношенйе длины волны к длине каждого отрезка фильтра.
Выполнение отверстий в заземленной металлизирующей поверхности приводит к тому, что на высокоомных участках 3 фильтра образуется как бы линия с подвешенной
40 подложкой, имеющая повышенное волновое сопротивление Zh. Причем, как в обыч. ной микрополосковой линии (низкоомные участки 4 ФНЧ), так и в образовавшейся линии с квазиподвешенной подложкой, основным является один и тот-же тип волны
ТЕМ волна.
Данная конструкция ФНЧ, в отличие от аналога, в котором также достигнуто хотя и в меньшей степени, увеличение Еь, позволя- 50 ет использовать в качестве подложки тонкопленочный диэлектрик, что, в свою очередь, дает возможность изготавливать высококачественный ФНЧ для преобразователей частоты, работающих до 1,5-2-х 55 миллиметрового диапазона длин волн. При этом наличие отверстий в заземленном металлизирующем покрытии и, как следствие, значительное повышение Zp и укорочение высокоомных отрезков отодвигает воэникалосковых проводников выполннены отверстия 6, например, в форме прямоугольников (фиг. 2, Ga) либо круглой формы (фиг. 2, 66).
Покрытие 5 электрически соединено с корпусом 2, т.е, является заземляющим, На той 5 же поверхности подложки 1, на которой размещены проводники 3 и 4, ФНЧ содержит входной и выходной проводники 7 и 7 .
ФНЧ работает следующим образом.
СВЧ сигнал, поступает через входной про- 10 водник 7 (7 ) на чередующиеся низкоомные
4 и высокоомнйе 3 полосковые проводники, и в полосе пропускания проходит через
ФНЧ, на выходнойпроводник 7 и (7 ). а вне ее — отражается (за исключением некоторых 15 участков, соответствующих паразитным flQлосам IlpofljjcKGHHsl, находящимся в области запирания), Свойства фильтра определяются велиющие паразитные полосы пропускания в значительно более высокочастотную область с одновременным глубоким подавлением их, что и обеспечивает достижение заявленного поло>кительного эффекта. Паразитн ые полосы и ропускания отодвигаются в область порядка 7-8f|:p, а это обусловливает самое широкое применение вышеуказанных ФНЧ в различных СВЧ устройствах с улучшением параметров последних. Так, в смесителях на основной гармонике гетеродина положительный эффект будет заключаться в том, что возникающие при работе нелинейного элемента ближайшие высшие гармоники преобразования не будут попадать в паразитную Iloлосу пропускания фильтра, а, отражаясь и вступая во взаимодействие с основным сигналом будет обусловливать дополнительную мощность сигнала промежуточной частоты, улучшая характеристику потерь преобразования (снижая их), и исключая на некоторых частотах провалы, Аналогично улучшаются характеристики" детектора, если на выходе его применен заявленный
ФНЧ.
В смесителях на высших гармониках гетеродина применения заявленного фильтра, помимо указанного эффекта, будет определять работоспособность устройства во всей полосе высокочастотного сигнала,. без непредвиденных провалов частотной характеристики, так как паразитная полоса пропускания фильтра будет лежать много выше рабочего частотного диапазона.
На фиг, 3 и 4 приведены экспериментальные частотные характеристики потерь и
КСВ соответственно заявленного ФНЧ и прототипа, рассчитанных для f Формула изобретения t 1 1. Сверхвысокочастотный фильтр, нижних частот. содержащий установленную в металлическом корпусе диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено металлизирующее покрытие, электрически соединенное с металлическим корпусом, а на другой стороне выполнен полосковый проводник в виде чередующихся участков большей и меньшей ширины, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью смещения параэитных полос пропускания в более высокочастотную область и повышения глубины подавления паразитных полос пропускания, в металлизирующем покрытии в областях участков полоскового проводника меньшей ширины выполнены 1764100 Ln,à6 S0 я — — /CD.и 0 отв,рстия, размер которых в направлении, перпендикулярном оси полоскового проводника, превышает их ширину. 5 ба 2, Фильтр по и 1. о тл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения согласования, отверстия имеют круглую форму. фс,г / l / 1 у / !фейга мэне ени и 1764100 Ъ 1 4 Ъ 4 1 -! 1 l ° о о « ) Ъ Ф Составитель С Шакирина Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н,Тупица Редактор О.Стенина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 Заказ 3460 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
