Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр

 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах приемопередающих систем. Техническим результатом изобретения является увеличение затухания в полосах заграждения и упрощение каскадирования фильтра. Микрополосковый полоснопропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую нанесены полосковые проводники двух П-образных резонаторов. Одна из сторон каждого из П-образных резонаторов размещена между сторонами другого П-образного резонатора и дополнительно связана с другой его стороной. При этом проводник каждого из упомянутых резонаторов в средней его части соединен с заземляемым основанием отрезком полосковой лини. 5 ил.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах приемопередающих систем.

Известен фильтр [1], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на второй нанесены П-образные полосковые проводники резонаторов, электромагнитно связанных между собой. Такая конструкция обладает рядом достоинств, в сравнении с фильтром на регулярных резонаторах, например, более рациональным использованием площади подложки. Однако селективные свойства такой конструкции можно повысить только наращиванием числа резонаторов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является полоснопропускающий фильтр [2], содержащий два полуволновых П-образных резонатора, в котором с целью повышения крутизны амплитудно-частотной характеристики одна из сторон каждого из полуволновых П-образных резонаторов размещена между сторонами другого полуволнового П-образного резонатора и дополнительно связана с другой его стороной. Типичная АЧХ широкополосного 2-звенного фильтра такой конструкции, выполненного на подложке из керамики ТБНС с диэлектрической проницаемостью ε=80, толщиной 1 мм, приведена на фиг.1. Действительно, наличие полюсов затухания на склонах АЧХ увеличивает их крутизну, однако в целом селективные свойства такого фильтра невысоки, т.к. уровни затухания в полосах заграждения невелики. При увеличении числа звеньев в таком фильтре благодаря сильной связи между несоседними резонаторами уровень затухания в полосах заграждения будет нарастать медленнее, чем обычно. Можно увеличить затухание в полосах заграждения, применяя каскадирование вышеописанных двухзвенных конструкций. Однако при тривиальном способе каскадирования, т.е. перемычкой, возникнут совместные (т.е. общие для соединенных резонаторов) паразитные резонансы, а при каскадировании как через LC-цепь, так и посредством электромагнитного взаимодействия неизбежно возникнет проблема подстройки частот резонаторов и балансировки величины связи между ними, что значительно усложняет конструкцию и ее настройку.

Техническим результатом изобретения является увеличение затухания в полосах заграждения и упрощение каскадирования фильтра.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в микрополосковом полоснопропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники двух П-образных резонаторов, причем одна из сторон каждого из П-образных резонаторов размещена между сторонами другого П-образного резонатора и дополнительно связана с другой его стороной, новым является то, что проводник каждого из упомянутых резонаторов в средней его части соединен с заземляемым основанием отрезком полосковой линии.

Отличия заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключаются в том, что проводник каждого из резонаторов в средней его части соединен с заземляемым основанием отрезком полосковой линии.

Изобретение поясняется чертежами, на которых приведена типичная АЧХ широкополосного фильтра-прототипа, изображена топология проводников заявляемого фильтра (фиг.2), конфигурация возбуждаемых в резонаторах заявляемого фильтра мод колебаний (фиг.3), его амплитудно-частотная характеристика (фиг.4) и АЧХ фильтра, полученного каскадированием двух фильтров заявляемой конструкции (фиг.5).

Заявляемый фильтр состоит из диэлектрической подложки, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание (на рисунке не показаны), а на вторую нанесены полосковые проводники резонаторов, топология которых приведена на фиг.2. Позицией 1 обозначены отрезки полосковых линий, подключенные к заземляемому основанию.

Благодаря замыканию проводника П-образного резонатора на “землю” частоты его двух первых мод колебаний сближаются. При этом высокочастотное напряжение на концах полоскового проводника для одной из них - нечетной - имеет разную полярность относительно экрана (фиг.3а), а для другой - четной - одинаковую (фиг.3б). Стрелками на фиг.3 показаны направления токов вышеуказанных мод колебаний. Таким образом, такой резонатор является двухмодовым, в том смысле, что рабочими в нем являются резонансы двух мод колебаний. Поэтому амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) двухзвенного фильтра на таких резонаторах формируют четыре резонанса. Благодаря последнему обстоятельству такой фильтр объединяет в себе такие полезные качества двухзвенных и многозвенных фильтров, как малые потери в полосе пропускания и более высокую селективность при тех же габаритах. Длина и ширина полоскового проводника, соединяющего проводник резонатора с заземляемым основанием, выбираются из условия оптимального сближения частот двух первых мод колебаний в таком резонаторе.

Фильтр работает следующим образом. Высокочастотный сигнал подается на “вход” фильтра, подключенный к одному из резонаторов (фиг.2). В полосе пропускания фильтра возбуждаются связанные колебания на резонансных частотах двух мод колебаний каждого резонатора, энергия которых благодаря электромагнитному взаимодействию передается на “выход”. В результате полоса пропускания фильтра формируется четырьмя резонансами. Благодаря замыканию проводника резонатора на “землю” увеличивается затухание в обеих полосах заграждения, а вторая паразитная полоса пропускания сдвигается вверх по частоте более чем на октаву.

На фиг.4 приведены АЧХ широкополосного фильтра заявляемой конструкции, точками - результаты измерений, сплошной линией - рассчитанная в квазистатическом приближении. Фильтр был изготовлен на подложке толщиной 1 мм из керамики ТБНС, ширина полосковых проводников резонаторов 0,9 мм, размеры резонаторов 22×4,2 мм при длине проводников-замыкателей 4 мм. Видно, что селективные характеристики заявляемой конструкции значительно лучше, чем у прототипа. Хорошее совпадение рассчитанной и измеренной АЧХ позволяет автоматизировать процесс проектирования конструкции фильтра параметрическим синтезом.

На фиг.5 приведена АЧХ конструкции, полученной тривиальным, т.е. посредством проводящей перемычки, каскадным соединением вышеупомянутого фильтра с фильтром аналогичной конструкции, но проводники которого имели скачки ширины полоскового проводника. Сужение проводника П-образного резонатора в центральной части привело к тому, что его вторая, паразитная, полоса пропускания сместилась еще на октаву вверх по частоте. Вследствие разнесения частот паразитных полос пропускания двух каскадированных фильтров, высокочастотная полоса заграждения получившейся конструкции еще более расширилась.

Литература

1. Патент США №3754198, кл.333-73.

2. А.С. №1229861, кл. Н 01 Р 1/203 (прототип).

Формула изобретения

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники двух П-образных резонаторов, причем одна из сторон каждого из П-образных резонаторов размещена между сторонами другого П-образного резонатора и дополнительно связана с другой его стороной, отличающийся тем, что проводник каждого из упомянутых резонаторов в средней его части соединен с заземляемым основанием отрезком полосковой линии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5