Многослойный полосно-пропускающий фильтр

Авторы патента:

H01P1/201 - Волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов (работающие в оптическом диапазоне G02B; антенны H01Q; цепи, содержащие элементы с сосредоточенным полным сопротивлением H03H)

Владельцы патента RU 2579816:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Многослойный полосно-пропускающий фильтр, относящийся к микроволновой и оптической технике, содержит параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства прилегающими зеркалами. При этом каждое его зеркало выполнено в виде плоской решетки полосковых проводников. Техническим результатом изобретения является улучшение селективных свойств фильтра, выражающееся в расширении полос заграждения выше и ниже полосы пропускания за счет значительного сужения паразитных полос пропускания. 3 ил.

Изобретение относится к микроволновой и оптической технике и может быть использовано в устройствах связи, преобразователях частоты и спектрометрах в диапазоне от миллиметровых до субмикронных длин волн.

Известен оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр [Патент РФ №2316029, МПК G02B 5/28, опубл. 27.01.2008 г.]. Фильтр содержит чередующиеся диэлектрические слои из материалов с высоким и низким показателями преломления. В нем все диэлектрические слои с высоким показателем преломления выполнены из одного материала, а все слои с низким показателем преломления выполнены из второго материала. Три диэлектрических слоя фильтра имеют оптическую толщину λ/2, где λ - средняя длина волны в полосе пропускания. Они являются резонаторами фильтра. Остальные диэлектрические слои имеют оптическую толщину λ/4. Они образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие резонаторы друг от друга и от внешнего пространства. Количество слоев в наружных и внутренних зеркалах определяется предложенными математическими формулами, зависящими только от двух величин - от отношения показателей преломления двух используемых материалов и от относительной ширины полосы пропускания фильтра.

Недостатком известного многослойного полосно-пропускающего фильтра является необходимость использования в нем многослойных диэлектрических зеркал с большим числом слоев, когда требуется сформировать узкую полосу пропускания. Большое число слоев в зеркалах приводит к расширению паразитных полос пропускания фильтра, а значит, к сужению полос заграждения, расположенных по обе стороны полосы пропускания, то есть ухудшает селективные свойства фильтра. Расширение паразитных полос пропускания фильтра при увеличении числа слоев в многослойном зеркале является проявлением нежелательных резонансных свойств многослойных зеркал на частотах паразитных полос пропускания.

Наиболее близким аналогом является многослойный полосно-пропускающий фильтр [Прототип: P. Baumeister. Application of microwave technology to design an optical multilayer bandpass filter // Applied Optics. 2003. Vol. 42, №13, p. 2407-2414, Fig. 7], содержащий чередующиеся диэлектрические слои из материалов с высоким (n_H) и низким (n_L) показателями преломления, нанесенные на одну сторону стеклянной подложки. В нем все слои с высоким показателем преломления n_H выполнены из одного материала, а все слои с низким показателем преломления n_L выполнены из второго материала. Часть слоев с низким показателем n_L преломления имеют электрическую (т.е. фазовую) толщину π на центральной частоте полосы пропускания. Они являются резонаторами фильтра. Остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие каждый резонатор от соседнего резонатора, стеклянной подложки или внешнего пространства. Обычно все диэлектрические слои в многослойных диэлектрических зеркалах фильтров имеют электрическую толщину π/2, но в описываемом аналоге для уменьшения неравномерности в полосе пропускания центральный слой каждого зеркала заменен симметричной структурой, состоящей из трех слоев определенной толщины. Эта трехслойная структура эквивалентна на центральной частоте полосы пропускания четвертьволновому слою с некоторым эффективным показателем преломления, отличным от n_L и n_H.

В наиболее близком аналоге при узкой полосе пропускания, получающейся только при большом числе слоев в многослойных диэлектрических зеркалах фильтра, также нельзя получить широкие полосы заграждения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение селективных свойств фильтра, выражающееся в расширении полос заграждения выше и ниже полосы пропускания за счет значительного сужения нижней паразитной полосы и ближайшей верхней паразитной полосы пропускания, центральная частота которой остается неизменной.

Технический результат достигается тем, что в многослойном полосно-пропускающем фильтре, содержащем параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства прилегающими зеркалами, новым является то, что каждое зеркало выполнено в виде плоской решетки полосковых проводников.

Отличается заявляемый фильтр от наиболее близкого аналога тем, что в нем вместо многослойных диэлектрических зеркал, разделяющих однослойные резонаторы один от другого и от окружающего пространства, используются плоские решетки полосковых проводников с соответствующей отражательной способностью, которую можно плавно изменять, варьируя геометрические параметры решетки.

Достоинством зеркал, выполненных в виде плоских решеток полосковых проводников, является то, что они, в отличие от многослойных зеркал, не проявляют резонансных свойств вплоть до высоких частот, при которых длина волны приближается к удвоенному периоду решетки, и потому не расширяют паразитные полосы пропускания, а значит, не сужают полосы заграждения.

Это отличие позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признак, отличающий заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлен в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение многослойного полосно-пропускающего фильтра третьего порядка. Здесь 1 - слой диэлектрика, 2 - полосковые проводники зеркал (их поперечные сечения); векторы k, Е и Н указывают направление распространения падающей волны и направления ее электрического и магнитного поля соответственно.

На фиг. 2 представлена расчетная частотная зависимость коэффициента прохождения мощности электромагнитной волны для многослойного полосно-пропускающего фильтра третьего порядка.

На фиг. 3 приведено сравнение расчетных зависимостей коэффициента прохождения от нормированной частоты f/f₀ для заявляемого фильтра и его ближайшего аналога. Здесь 3 - характеристика заявляемого фильтра, 4 - характеристика ближайшего аналога.

Пример осуществления изобретения показан на фиг. 1. Фильтр имеет три слоя диэлектрика 1, выполненных из фольгированного листового материала ФЛАН-2.8. Этот материал имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε_r=2.8. Два наружных слоя имеют толщину h₁=3.789 мм, а внутренний слой - h₂=4.000 мм. В сплошной металлизации листового материала ФЛАН-2.8 вытравлены с помощью фотолитографии полосковые проводники 2, образующие плоскую одномерную периодическую решетку, которая выполняет функцию зеркала с требуемой отражательной способностью. Полосковые проводники 2 всех решеток параллельны и направлены вдоль направления электрического поля Е падающей электромагнитной волны. Все решетки имеют период Т-1 мм. Полосковые проводники в двух наружных решетках имеют зазор S₁=720 мкм, а в двух внутренних решетках - S₂=200 мкм.

Частотная характеристика для приведенного примера фильтра показана на фиг. 2. Рабочая полоса пропускания имеет центральную частоту f₀=22.25 ГГц и относительную ширину Δf/f₀=1.00% по уровню - 3 дБ. На частотах ниже частоты f₀ паразитные полосы пропускания отсутствуют. Ближайшая паразитная полоса пропускания имеет центральную частоту f₁=2f₀ при ее относительной ширине всего 0.78%.

Сравнение частотной характеристики 3 заявляемого фильтра с характеристикой 4 ближайшего аналога для случая, когда порядок фильтров равен трем, а относительная ширина полосы пропускания Δf/f₀=2.00%, показано на фиг. 3.

Многослойный фильтр работает следующим образом. Он представляет собой систему из трех связанных резонаторов. Резонатором является каждый слой диэлектрика в фильтре. Внешними линиями передачи фильтра является свободное пространство по обе стороны конструкции, в котором могут распространяться падающие и отраженные плоские электромагнитные волны. Цепями связи в фильтре являются решетки полосковых проводников.

Две наружные решетки полосковых проводников обеспечивают оптимальную связь двух наружных резонаторов с внешними линиями передачи. Величину такой связи обычно характеризуют внешней добротностью Q_e. Эта связь тем больше, чем меньше Q_e. Две внутренние решетки полосковых проводников обеспечивают оптимальную связь внутреннего резонатора с соседними резонаторами. Связь между резонаторами характеризуют коэффициентом связи k. Оптимальные значения Q_e и k зависят от требуемой относительной ширины полосы пропускания. Они могут быть рассчитаны по известным формулам. Из них, в частности, следует, что все связи в фильтре пропорциональны относительной ширине полосы пропускания. Оптимальные величины связей в фильтре обеспечиваются выбором величины зазора между полосковыми проводниками решетки. Чем больше величина зазора, тем сильнее связь.

Резонансные частоты всех резонаторов должны совпадать с центральной частотой f₀ требуемой полосы пропускания. В отсутствие связей резонаторов это условие выполняется, если толщина h каждого слоя диэлектрика равна λ_g/2, где λ_g - длина поперечной волны в диэлектрике на частоте f₀. Однако решетки полосковых проводников возмущают резонансные частоты резонаторов, причем тем больше, чем шире зазор S между полосковыми проводниками. Поэтому оптимальная толщина слоев получается чуть меньше половины длины волны. В приведенном примере слои имеют толщины h₁=0.471λ_g, h₂=0.497λ_g.

Таким образом, преимуществом заявляемого многослойного фильтра является большая ширина нижней и верхней полос заграждения. Он может быть изготовлен из материалов с произвольной диэлектрической проницаемостью, имеет меньшее число диэлектрических слоев.

Многослойный полосно-пропускающий фильтр, содержащий параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства прилегающими зеркалами, отличающийся тем, что каждое его зеркало представляет собой плоскую решетку полосковых проводников.

Похожие патенты:

Свч-аттенюатор // 2578729

Использование: для использования аттенюатор с фиксированным затуханием при измерениях в волноводных трактах с высоким уровнем мощности. Сущность изобретения заключается в том, что СВЧ-аттенюатор содержит металлический прямоугольный волновод, поглотитель и экран, при этом волновод выполнен с высотой b узкой стенки и шириной а широкой стенки, в котором образованы два сопряженных друг с другом идентичных плавных перехода длиной L переменной высоты, уменьшающейся до b2, поглощающая поверхность каждого перехода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя шириной s, расположенной на одной из широких стенок волновода, а отражающая поверхность перехода расположена на противоположной широкой стенке, при условии s<a, α=arctg((b-b2)/L), где α - угол наклона перехода.

Волноводный переключатель // 2578295

Изобретение относится к технике СВЧ и представляет собой волноводный переключатель. Переключатель содержит концентрично расположенные статор и ротор с выполненными в них волноводными каналами, узел управления, устройство фиксации ротора относительно статора и исполнительное устройство.

Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов и устройство его реализации // 2577913

Изобретения относятся к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и могут быть использованы для создания устройств усиления и частотной демодуляции.

Полосковый резонатор // 2577485

Изобретение предназначено для формирования задающих цепей генераторов, устройств частотной селекции и др. Техническим результатом изобретения является увеличение отношения первых двух резонансных частот полоскового резонатора при сохранении высокой добротности и миниатюрности и позволяет расширить протяженность полосы заграждения полосно-пропускающих фильтров на его основе.

Компaктное термоэластичное воздействующее устройство для волновода, волновод с фазовой стабильностью и мультиплексирующее устройство, содержащее такой привод // 2576589

Изобретение относится к волноводам мультиплексоров, встроенных в космическое оборудование для спутников. Технический результат состоит в создании малогабаритного и простого во внедрении термоэластичного воздействующего устройства, позволяющего обеспечить фазовую стабильность волновода.

Волноводная структура с разрешенными и запрещенными зонами // 2575995

Изобретение относится к устройствам обработки и коммутации СВЧ-сигналов на полупроводниковых приборах и предназначено для использования в телекоммуникационных системах, электрически управляемых устройствах СВЧ-электроники, таких как полосовые или селективные фильтры, антенны, перестраиваемые генераторы.

Высокопрочная коаксиальная нагрузка // 2575319

Изобретение относится к микроволновой технике и предназначено для применения в бортовой аппаратуре радиолокационных, коммуникационных и измерительных систем, подверженных воздействию внешних факторов.

Коммутирующее устройство свч // 2574811

Изобретение относится к технике СВЧ. Технический результат - повышение надежности и скорости переключения, увеличение уровня выходной мощности и уровня радиационной стойкости.

Мощный переключатель свч // 2574810

Изобретение относится к области полупроводниковых изделий. Технический результат - повышение надежности устройства путем снижения влияния DX центров, повышения плотности электронов и устранения деградации в гетероструктуре.

Псевдоморфный переключатель свч // 2574809

Изобретение относится к области полупроводниковых изделий, Технический результат - повышение надежности устройства путем снижения влияния DX центров, повышения плотности электронов и устранения деградации в гетероструктуре.

Свч-нагрузка // 2580465

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности и в качестве эталонной измерительной согласованной нагрузки. Техническим результатом является уменьшение коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) и длины СВЧ-нагрузки при конструктивном и технологическом упрощении. Для этого СВЧ-нагрузка содержит металлический волновод, поглотитель и экран. Волновод выполнен прямоугольным с высотой b узкой стенки и шириной а широкой стенки, в котором образован плавный переход переменной высоты, уменьшающейся до нуля на длине L. Поглощающая поверхность перехода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя шириной s, расположенной на одной из широких стенок волновода, а отражающая поверхность перехода - на противоположной широкой стенке, при условии s<a, α=arctg(b/L), где α - угол наклона перехода. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Невзаимный схемный элемент, устройство связи, оснащенное схемой, включающей в себя невзаимный схемный элемент, и способ изготовления невзаимного схемного элемента // 2580876

Изобретение относится к СВЧ-технике. Невзаимный схемный элемент содержит: ферримагнетик, который размещен поверх схемной платы, проводящую крышку, которая закрывает верхнюю поверхность ферримагнетика и выполнена как единое целое, множество соединительных частей, которые электрически соединяют проводящую крышку с множеством соответствующих линий передачи сигналов поверх схемной платы; и магнит, который прикладывает магнитное поле к ферримагнетику. При этом упомянутое множество соединительных частей выполнено снаружи проводящей крышки. Технический результат заключается в упрощении конструкции невзаимного схемного элемента. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 19 ил.

Конструкция соединения между антенным устройством и устройством радиосвязи // 2581739

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам. Соединение между антенным устройством и устройством радиосвязи содержит фланцевые участки, включающие в себя неконтактные противостоящие поверхности и участки волновода, проходящие через неконтактные противостоящие поверхности, каждый из которых выполнен для антенного устройства и устройства радиосвязи; дроссельную канавку, сформированную вне упомянутого участка волновода на любой одной или на обеих неконтактных противостоящих поверхностях антенного устройства и устройства радиосвязи, и волновод, сформированный из упомянутых участков волновода, противостоящих один другому, с просветом между ними в состоянии, в котором антенное устройство и устройство радиосвязи прикреплены один к другому, и неконтактные противостоящие поверхности непосредственно противостоят друг другу с просветом между ними и помещаются параллельно друг другу, и при этом фланцевые участки противостоят друг другу с промежутком между ними. Технический результат заключается в устранении несимметричности контакта. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Ступенчатый трансформатор свч // 2582052

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - расширение полосы пропускания при уменьшении габаритов трансформатора. Для этого используется ступенчатый трансформатор СВЧ, состоящий из каскадно включенных ступеней с параллельно включенными четвертьволновыми отрезками связанных полосковых линий с различными волновыми сопротивлениями, в котором электромагнитная связь между вышеуказанными ступенями осуществляется вышеуказанными четвертьволновыми отрезками, посредством того, что их электрическое соединение производится каскадно параллельным соединением вышеуказанных линий с помощью перемычек, в результате чего линия, представляющая первую высокоомную ступень, имеет электромагнитную связь с двумя линиями, включенными с ней параллельно с помощью первой и второй параллельных перемычек, причем эти две линии представляют собой вторую ступень и имеют электромагнитную связь с двумя другими линиями, также включенными параллельно с помощью первой и третьей параллельных перемычек, причем эти две другие линии представляют собой третью низкоомную ступень. 1 ил.

Волноводный фильтр нижних частот // 2583062

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано для подавления внеполосных и паразитных колебаний в трактах приемопередающих систем, в том числе высокой мощности, а также для грубого измерения частоты микроволнового излучения. Волноводный ФНЧ представляет собой прямоугольный волновод конечной длины с фланцами со встроенными в него со стороны его широких стенок напротив друг друга диафрагмами с зазором между ними, по крайней мере часть из которых (одинаковых по высоте) является набором низкоомных секций фильтра, носящих емкостной характер, между которыми расположены высокоомные секции фильтра, образованные участками прямоугольного волновода между соседними вдоль широкой стенки прямоугольного волновода диафрагмами и носящие индуктивный характер. Остальные диафрагмы, расположенные на входе и выходе фильтра, служат для согласования с входным и выходным волноводами, что обеспечивает минимизацию потерь в полосе пропускания фильтра. Перестройка частоты среза ФНЧ осуществляется введением в центральную часть ФНЧ двух дополнительных диафрагм, изменяющих индуктивность центральной секции фильтра, что позволяет перестраивать частоту среза фильтра на величину до 3% от частоты среза и не ухудшая значительно потерь в рабочей полосе фильтра (≤3 дБ). Технический результат заключается в разработке простого в изготовлении волноводного фильтра низких частот, имеющего перестройку частоты среза и обеспечивающего подавление паразитных сигналов на частотах, превышающих частоту среза не менее чем в два раза, обладающего минимальными потерями в полосе пропускания. Фильтр предназначен для использования в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн. Использование специальной технологии изготовления, например электроэрозионной обработки, позволяет изготовить ФНЧ предлагаемой конструкции для использования в миллиметровом диапазоне длин волн. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Широкополосный полосно-пропускающий фильтр // 2584342

Изобретение относится к СВЧ электронике, в частности к частотно-селективным фильтрам. Широкополосный полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный с одного конца. При этом микрополосковый проводник, обладающий осевой симметрией, расщеплен широкой, а затем узкой продольными прорезями с длинами от 12% до 36% и от 14% до 41% длины проводника соответственно. Вдоль длинной стороны проводника с обеих его сторон параллельно нанесены проводники связи, свернутые П-образно. Соответствующе проводники образуют резонаторы, связанные между собой индуктивно-емкостной связью, а размеры дважды расщепленного проводника и проводников связи выбраны таким образом, чтобы их сближенные резонансы одновременно участвовали в формировании полосы пропускания. Перестройка фильтра по частоте может быть осуществлена изменением длины проводников и прорезей между ними. Технический результат - повышение частотно-избирательных свойств и расширение относительной полосы пропускания фильтра. 2 ил.

Частотно-селективная высокоимпедансная поверхность на основе метаматериала // 2585178

Использование: для создания частотно-селективной высокоимпедансной поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что частотно-селективная высокоимпедансная поверхность содержит однослойную экранированную печатную плату, с одной стороны которой выполнена импедансная решетка из связанных не менее чем двумя емкостными зазорами микрополосковых многозаходных спиралей Архимеда, в центрах которых расположены металлизированные переходные отверстия, соединенные с общим металлическим экраном, емкостные зазоры выполнены в виде микрополосковых копланарных линий. Технический результат: обеспечение возможности создания частотно-селективной высокоимпедансной поверхности, которая имеет отрицательные значения эффективной диэлектрической и магнитной проницаемостей, а также поверхностный импеданс, перестраиваемый в данном частотном диапазоне, и существенно превосходящий волновое сопротивление свободного пространства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Низкоразмерный свч фотонный кристалл // 2587405

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в устройствах измерительной техники. Технический результат - уменьшение продольного размера фотонного кристалла вдоль направления распространения электромагнитной волны до величины, меньшей длины волны основного типа. Для этого в качестве элементов волноводного СВЧ фотонного кристалла, образующих периодическую последовательность, используют диэлектрические слои, полностью заполняющие волновод по перечному сечению, и тонкие металлические пластины, частично перекрывающие сечение волновода и образующие зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине, при этом зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у верхней широкой стенки волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у нижней широкой стенки волновода. 4 ил.

Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации // 2589305

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении диапазона генерируемых колебаний, генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать устройства генерации с заданным количеством радиоканалов при любых заданных частотных характеристиках нагрузки. Способ генерации высокочастотных сигналов характеризуется тем, что нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, последовательно подключенный к цепи прямой передачи, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой. Условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет выбора значений сопротивлений второго двухполюсника, реализующего сопротивление z0n источника сигнала генератора в режиме усиления, выполняют в соответствии с математическими выражениями. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала и устройство его реализации // 2589864

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации. Технический результат изобретения заключается в обеспечении модуляции амплитуды и фазы высокочастотного сигнала при заданных зависимостях отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, определяемых двумя уровнями управляющего низкочастотного сигнала. Способ амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала характеризуется тем, что высокочастотный сигнал подают на модулятор, выполненный из четырехполюсника, управляемого двухэлектродного нелинейного элемента, источника управляющего низкочастотного сигнала и нагрузки, амплитуду и фазу высокочастотного сигнала изменяют путем изменения амплитуды управляющего низкочастотного сигнала на нелинейном элементе, при этом заданные зависимости отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора и заданные зависимости модуля и фазы передаточной функции модулятора от амплитуды управляющего низкочастотного сигнала обеспечивают за счет выбора зависимости элемента матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты с помощью заданных математических выражений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.