Полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для конструирования полосно-пропускающих фильтров на основе микрополосковых резонаторов. Техническим результатом является уменьшение габаритных размеров. Полосно-пропускающий фильтр содержит n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, где n равно числу звеньев фильтра, расположенных на одной из поверхностей диэлектрической пластины и разделенных диэлектрическими промежутками. Слой металлизации расположен на поверхности диэлектрической пластины, причем один конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы соединен со слоем металлизации. Входной и выходной отрезки полосковых проводников расположены на одной из поверхностей диэлектрической пластины, s отрезков протяженных полосковых проводников второй группы расположены на одной из поверхностей диэлектрической пластины в диэлектрических промежутках между соседними отрезками протяженных полосковых проводников первой группы, причем оба конца каждого отрезка протяженного полоскового проводника второй группы соединены со слоем металлизации. Участок слоя металлизации расположен на поверхности диэлектрической пластины, противоположной поверхности, на которой расположены проводники первой группы. Участок слоя металлизации выполнен в форме протяженной площадки длиной l₁, причем l_п≥l₁≥w, где w ширина отрезка полоскового проводника второй группы и l_п длина диэлектрической пластины в направлении, перпендикулярном отрезкам полосковых проводников первой группы, и расположен на поверхности диэлектрической пластины, на которой размещены проводники первой группы. После подключения вторых концов отрезков входного и выходного полосковых проводников в цепь с распространяющейся СВЧ волной отрезки входного и выходного полосковых проводников осуществляют эффективный ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи. 10 з.п.ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для построения полосно-пропускающих фильтров преимущественно в дециметровом диапазоне длин волн на основе микрополосковых резонаторов.

Известны конструкции полосно-пропускающих фильтров (см. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М.: Советское радио, 1976, 216 с., с.181-182, рис.2.42), содержащие прямолинейные полосковые проводники, расположенные на одной из сторон диэлектрической пластины, на противоположной стороне которой выполнен слой металлизации, причем число прямолинейных полосковых проводников совпадает с числом звеньев фильтра и один конец каждого прямолинейного полоскового проводника присоединен к слою металлизации, а другой конец выполнен разомкнутым, причем прямолинейные полосковые проводники разделены диэлектрическими промежутками и длина каждого прямолинейного полоскового проводника составляет четверть длины волны на требуемой частоте, входной и выходной отрезки полосковых проводников, расположенных на одной из сторон диэлектрической пластины, причем каждый отрезок полоскового проводника электромагнитно связан с одним из прямолинейных полосковых проводников.

Однако такие полосно-пропускающие фильтры характеризуются большими габаритными размерами, так как для реализации требуемых величин коэффициентов связи между полосковыми резонаторами (особенно для узкополосных фильтров) необходимо выполнение больших диэлектрических промежутков между прямолинейными полосковыми.

Наиболее близкими к предлагаемому полосно-пропускающему фильтру являются фильтры (см. United States Patent 6326866, H 01 P 001/20, Sasaki, at al., Dec. 4, 2001 Bandpass filter, duplexer, high-frequency module and communications device), содержащие n отрезков протяженных полосковых проводников, где n число звеньев фильтра, расположенных на одной из сторон диэлектрической пластины, и слой металлизации, расположенный на поверхности диэлектрической пластины. Один конец каждого отрезка протяженного полоскового проводника присоединен к участку слоя металлизации, расположенному на одной из сторон диэлектрической пластины, а другой конец выполнен разомкнутым. Отрезки протяженных полосковых проводников разделены диэлектрическими промежутками и длина каждого отрезка протяженного полоскового проводника составляет четверть длины волны на требуемой частоте. Ввод и вывод сигнала осуществляется с помощью входного и выходного отрезков полосковых проводников, расположенных на одной из сторон диэлектрической пластины и электромагнитно связанных с одним из отрезков протяженных полосковых проводников каждый, m из n отрезков протяженных полосковых проводников могут быть выполнены с изгибом.

Однако такие фильтры также обладают большими габаритными размерами за счет широких диэлектрических промежутков между отрезками протяженных полосковых проводников, необходимых для реализации требуемых коэффициентов связи между полосковыми резонаторами (особенно для узкополосных фильтров).

Технической задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров полосно-пропускающего фильтра.

Решение этой задачи достигается тем, что известный полосно-пропускающий фильтр, содержащий n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, где n равно числу звеньев фильтра, расположенных на одной из поверхностей диэлектрической пластины и разделенных диэлектрическими промежутками, слой металлизации, расположенный на поверхности диэлектрической пластины, причем один конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы соединен со слоем металлизации, входной и выходной отрезки полосковых проводников, расположенные на одной из поверхностей диэлектрической пластины и электромагнитно связанные каждый с одним из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, согласно изобретению снабжен s отрезками протяженных полосковых проводников второй группы, расположенных на поверхности диэлектрической пластины в диэлектрических промежутках между соседними отрезками протяженных полосковых проводников первой группы, причем оба конца каждого отрезка протяженного полоскового проводника второй группы соединены со слоем металлизации, при этом s выбрано из условия s=1, 2,...,(n-1).

Кроме того, расположение участка слоя металлизации может быть выполнено на поверхности диэлектрической пластины, противоположной поверхности, на которой расположены проводники первой и второй групп.

Расположение участка слоя металлизации может быть выполнено на поверхности диэлектрической пластины, на которой размещены проводники первой и второй групп, в форме протяженной площадки длиной l₁, причем l_п≥l₁≥w, где w - ширина отрезка протяженного полоскового проводника второй группы и l_п - длина диэлектрической пластины в направлении, перпендикулярном отрезкам протяженных полосковых проводников первой группы.

Кроме того, расположение двух участков слоя металлизации может быть выполнено на поверхности диэлектрической пластины, на которой размещены проводники первой и второй групп, в форме протяженных площадок с длинами l₁ и l₂, разделенных диэлектрическими промежутками, причем l_п≥l₁≥w и l_п≥l₂≥w, где w - ширина отрезка протяженного полоскового проводника второй группы и l_п - длина диэлектрической пластины в направлении, перпендикулярном отрезкам протяженных полосковых проводников первой группы.

Кроме того, расположение участка слоя металлизации может быть выполнено, по крайней мере, на одной из поверхностей диэлектрической пластины, перпендикулярной поверхности, на которой расположены протяженные полосковые проводники первой и второй групп.

Одни концы у m из n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы могут быть соединены с одной из протяженных площадок слоя металлизации, у n-m отрезков протяженных полосковых проводников первой группы один конец соединен с другой протяженной площадкой слоя металлизации.

Кроме того, длина l_пр отрезков протяженных полосковых проводников первой группы может быть равна четверти длины волны на центральной частоте полосно-пропускающего фильтра, а другой конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы выполнен разомкнутым.

Кроме того, одни концы отрезков входного и выходного полосковых проводников могут быть выполнены разомкнутыми, а другие их концы выполнены в виде контактных площадок.

Дополнительно, q из n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы могут быть расположены параллельно друг другу.

Кроме того, r из s отрезков протяженных полосковых проводников второй группы могут быть расположены параллельно друг другу.

Кроме того, j из s отрезков протяженных полосковых проводников второй группы могут быть расположены параллельно q из n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1-8 представлены полосно-пропускающие фильтры с разным расположением участков слоев металлизации или отрезков протяженных полосковых проводников, на фиг.9 показан трехзвенный полосно-пропускающий фильтр с 5,5% полосой пропускания, и на фиг.10 приведена амплитудно-частотная характеристика трехзвенного полосно-пропускающего фильтра с 5,5% полосой пропускания.

Полосно-пропускающий фильтр содержит n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы, где n равно числу звеньев фильтра, расположенных на одной из поверхностей 2 диэлектрической пластины 3 и разделенных диэлектрическими промежутками 4. Слой металлизации 5 расположен на поверхности диэлектрической пластины 3, причем один конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы соединен со слоем металлизации 5. Входной и выходной отрезки полосковых проводников 6, расположены на одной из поверхностей 2 диэлектрической пластины 3, s отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы расположены на одной из поверхностей 2 диэлектрической пластины 3 в диэлектрических промежутках 4 между соседними отрезками протяженных полосковых проводников 1 первой группы, причем оба конца каждого отрезка протяженного полоскового проводника 7 второй группы соединены со слоем металлизации 5.

Участок 8 слоя металлизации 5 расположен на поверхности 9 диэлектрической пластины 3, противоположной поверхности 2, на которой расположены проводники 1 первой группы.

Участок слоя металлизации 5 выполнен в форме протяженной площадки 10 длиной l₁, причем l_п≥l₁≥w, где w ширина отрезка протяженного полоскового проводника 7 второй группы и l_п длина диэлектрической пластины 3 в направлении, перпендикулярном отрезкам протяженных полосковых проводников 1 первой группы, и расположен на поверхности диэлектрической пластины 2, на которой размещены проводники 1 первой группы.

Два участка слоя металлизации 5 могут быть выполнены в форме протяженных площадок 11 и 12 с длинами l₁, причем l_п≥l₁≥w и, разделенные диэлектрическим промежутком 13, расположены на поверхности 2 диэлектрической пластины 3, на которой размещены проводники 1 первой группы.

По крайней мере, на одной из поверхностей 14 диэлектрической пластины 3, перпендикулярной поверхности 2, на которой расположены протяженные полосковые проводники 1 первой группы, расположен участок 15 слоя металлизации 5.

Одни концы у m из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы соединены с одной из протяженных площадок 11 слоя металлизации 5, у n из m отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы один конец соединен с другой протяженной площадкой 12 слоя металлизации 5.

Длина l_пр отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы равна четверти длины волны на центральной частоте полосно-пропускающего фильтра, а другой конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы выполнен разомкнутым.

Одни концы отрезков входного и выходного полосковых проводников 6 выполнены разомкнутыми, а другие их концы выполнены в виде контактных площадок 16. q из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы расположены параллельно друг другу, r из s отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы расположены параллельно друг другу, j из s отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы расположены параллельно q из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы.

Полосно-пропускающий фильтр работает следующим образом.

После подключения вторых концов отрезков входного и выходного полосковых проводников 6 в цепь с распространяющейся СВЧ волной отрезки входного и выходного полосковых проводников 6 осуществляют эффективный ввод и вывод энергии в системе фильтр - линия передачи.

Электромагнитные связи между каждым из отрезков входного и выходного полосковых проводников 6 и одним из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы обеспечивают возбуждение синфазных электромагнитных колебаний, структура которых зависит от взаиморасположения отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы и величины диэлектрических промежутков 4 между ними.

Размещение отрезков полосковых проводников 1 первой группы на одной из поверхностей 2 диэлектрической пластины 3 и выполнение диэлектрической пластины 3 из материала с высокой диэлектрической проницаемостью (20-100) обеспечивают концентрацию электромагнитного поля внутри диэлектрической пластины 3 и тем самым позволяют избежать потери энергии поля за счет излучения электромагнитных волн в пространство, а также существенно уменьшить габаритные размеры фильтра.

Присоединение одних концов отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы к слою металлизации 5, расположенному на поверхности диэлектрической пластины 3, создает характерную структуру поля вблизи отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы и позволяет обеспечить синфазность колебаний в полосе пропускания фильтра при наименьшей длине отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы.

Ширина полосы пропускания фильтра определяется взаимным наложением электромагнитных колебаний от соседних отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы и зависит от расстояния между ними. Экспериментально установлено, что введение отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы, размещенных на одной из поверхностей 2 диэлектрической пластины 3 в диэлектрических промежутках 4 между отрезками протяженных полосковых проводников 1 первой группы, и присоединение обоих концов каждого из отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы к слою металлизации 5 изменяет структуру поля, уменьшая взаимное наложение электромагнитных колебаний от соседних отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы при той же величине диэлектрического промежутка 4. Это позволяет реализовывать фильтр с меньшими габаритными размерами.

Размещение участка 8 слоя металлизации 5 на поверхности 9, противоположной поверхности 2 диэлектрической пластины 3, позволяет достичь наибольшей степени концентрации электромагнитного поля внутри диэлектрической пластины и таким образом уменьшить потери на излучение.

Расположение участка слоя металлизации 5 на поверхности 2 диэлектрической пластины 3 в виде протяженной площадки 10 длиной l₁, причем l_п≥l₁≥w, где w - ширина отрезка протяженного полоскового проводника 7 второй группы и l_п - длина диэлектрической пластины 2 в направлении, перпендикулярном отрезкам протяженных полосковых проводников 1 первой группы, позволяет повысить технологичность изготовления фильтра.

Расположение двух участков слоя металлизации 5 в форме протяженных площадок 11 и 12 с длинами l₁ и l₂, разделенных диэлектрическими промежутками 13, причем l_п≥l₁≥w и l_п≥l₂≥w, позволяет повысить технологичность изготовления фильтра.

Расположение участка 15 слоя металлизации 5 на, по крайней мере, одной из поверхностей 14 диэлектрической пластины 3, перпендикулярной поверхности 2, позволяет повысить технологичность изготовления фильтра в случае, когда фильтр выполнен в виде отдельного законченного модуля.

Экспериментально установлено, что при определенном взаимном расположении отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы и отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы структура электромагнитного поля такова, что наложение электромагнитных колебаний от соседних отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы оказывается практически нечувствительно к изменению ширины диэлектрических промежутков 4 и отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы, что позволяет существенно снизить требования к точности воспроизводства топологии фильтра.

Для этого необходимо, чтобы одни концы у m из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы были соединены с одной из протяженных площадок 11 слоя металлизации 5, у n-m отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы один конец был соединен с другой протяженной площадкой 12 слоя металлизации 5.

Амплитудно-частотная характеристика фильтра имеет оптимальный вид, когда длина l_пр отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы равна четверти длины волны на центральной частоте полосно-пропускающего фильтра, а другой конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы выполнен разомкнутым.

Выполнение одних концов отрезков входного и выходного полосковых проводников 6 разомкнутыми, а других их концов в виде контактных площадок 16, позволяет достигать хорошего согласования фильтра с линией передачи СВЧ сигнала и повышает технологичность включения фильтра в линию передачи СВЧ сигнала.

Выполнение q из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы параллельными друг другу позволяет повысить технологичность изготовления фильтра и уменьшить чувствительность параметров фильтра к точности изготовления. Расположение r из s отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы параллельно друг другу позволяет упростить процесс изготовления фильтра. Выполнение j из s отрезков протяженных полосковых проводников 7 второй группы параллельными q из n отрезков протяженных полосковых проводников 1 первой группы позволяет повысить технологичность изготовления фильтра.

Использование изобретения обеспечивает уменьшение габаритных размеров полосно-пропускающего фильтра.

1. Полосно-пропускающий фильтр, содержащий n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, где n равно числу звеньев фильтра, расположенных на одной из поверхностей диэлектрической пластины и разделенных диэлектрическими промежутками, слой металлизации, расположенный на поверхности диэлектрической пластины, причем один конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы соединен со слоем металлизации, входной и выходной отрезки полосковых проводников, расположенные на одной из поверхностей диэлектрической пластины и электромагнитно связанные каждый с одним из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, отличающийся тем, что снабжен s отрезками протяженных полосковых проводников второй группы, расположенных на одной из поверхностей диэлектрической пластины в диэлектрических промежутках между соседними отрезками протяженных полосковых проводников первой группы, причем оба конца каждого отрезка протяженного полоскового проводника второй группы соединены со слоем металлизации, при этом s выбрано из условия s=1, 2,..., (n-1).

2. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что расположение участка слоя металлизации выполнено на поверхности диэлектрической пластины, противоположной поверхности, на которой расположены проводники первой и второй групп.

3. Полосно-пропускающий фильтр по п.2, отличающийся тем, что расположение участка слоя металлизации выполнено на поверхности диэлектрической пластины, на которой размещены проводники первой и второй групп, в форме протяженной площадки длиной l₁, причем l_п ≥ l₁ ≥ w, где w - ширина отрезка протяженного полоскового проводника второй группы и l_п -длина диэлектрической пластины в направлении, перпендикулярном отрезкам протяженных полосковых проводников первой группы.

4. Полосно-пропускающий фильтр по п.2, отличающийся тем, что расположение двух участков слоя металлизации выполнено на поверхности диэлектрической пластины, на которой размещены проводники первой и второй групп, в форме протяженных площадок с длинами l₁ и l₂, разделенных диэлектрическими промежутками, причем l_п ≥ l₁ ≥ w и l_п ≥ l₂ ≥ w, где w - ширина отрезка протяженного полоскового проводника второй группы и l_п - длина диэлектрической пластины в направлении, перпендикулярном отрезкам протяженных полосковых проводников первой группы.

5. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что расположение участка слоя металлизации выполнено, по крайней мере, на одной из поверхностей диэлектрической пластины, перпендикулярной поверхности, на которой расположены протяженные полосковые проводники первой и второй групп.

6. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1, 2, 4, 5, отличающийся тем, что одни концы у m из n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, где m < n, соединены с одной из протяженных площадок слоя металлизации, у n-m отрезков протяженных полосковых проводников первой группы один конец соединен с другой протяженной площадкой слоя металлизации.

7. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что длина l_пр отрезков протяженных полосковых проводников первой группы равна четверти длины волны на центральной частоте полосно-пропускающего фильтра, а другой конец каждого из отрезков протяженных полосковых проводников первой группы выполнен разомкнутым.

8. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что одни концы отрезков входного и выходного полосковых проводников выполнены разомкнутыми, а другие их концы выполнены в виде контактных площадок.

9. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что q из n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, где q < n, расположены параллельно друг другу.

10. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что r из s отрезков протяженных полосковых проводников второй группы, где r ≤ s, а s ≥ 2, расположены параллельно друг другу.

11. Полосно-пропускающий фильтр по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что j из s отрезков протяженных полосковых проводников второй группы, где j ≤ s, расположены параллельно q из n отрезков протяженных полосковых проводников первой группы, где q < n.