Многослойный полосно-пропускающий фильтр

Многослойный полосно-пропускающий фильтр содержит параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства плоской решеткой параллельных тонкопленочных полосковых проводников с упорядоченными осями. При этом оси любых двух соседних решеток ортогональны. Технический результат изобретения заключается в улучшении селективных свойств фильтра, выражающемся в расширении верхней полосы заграждения за счет значительного повышения частоты второй моды колебаний двухслойных резонаторов по сравнению с частотой первой моды колебаний. 2 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 №2552127, МПК G02B 5/28, опубл. 10.06.2015 г., Бюл. №16]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, на которую нанесены чередующиеся тонкопленочные слои диэлектриков с высоким и низким показателем преломления. Часть слоев из материала с низким показателем преломления являются однослойными резонаторами, имеющими фазовую толщину π на центральной частоте полосы пропускания. Остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, обеспечивающие требуемые величины связей каждого из резонаторов с соседним резонатором, диэлектрической подложкой или внешним пространством.

Недостатком известного оптического многослойного полосно-пропускающего фильтра является близкое расположение нижней и верхней паразитных полос пропускания в его частотной характеристике к рабочей полосе пропускания. Этот недостаток обусловлен проявлением резонансных свойств многослойными диэлектрическими зеркалами, а также эквидистантностью спектра резонансных частот однослойных резонаторов.

Наиболее близким аналогом является многослойный полосно-пропускающий фильтр [Прототип: В.A. Belyaev and V.V. Tyurnev. Novel multilayer bandpass filter with extended lower and upper stop bands // Optics Letters. 2015. Vol. 40, No. 18, p. 4333-4335], содержащий параллельные слои диэлектрика, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства прилегающими зеркалами. Каждое зеркало фильтра представляет собой решетку параллельных тонкопленочных полосковых проводников, нанесенную на поверхность диэлектрического слоя. Во всех зеркалах оси параллельных тонкопленочных полосковых проводников совпадают. Каждый слой диэлектрика в фильтре является резонатором.

Недостатком наиболее близкого аналога является то, что край верхней паразитной полосы пропускания устройства расположен ниже, чем удвоенная центральная частота фильтра. Это сужает верхнюю полосу заграждения и тем самым ухудшает частотную характеристику устройства. Указанный недостаток обусловлен тем, что однослойные диэлектрические резонаторы фильтра имеют почти эквидистантный спектр резонансных частот.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение селективных свойств фильтра, выражающееся в расширении верхней полосы заграждения за счет значительного повышения частоты верхней паразитной полосы пропускания относительно центральной частоты фильтра.

Технический результат достигается тем, что в многослойном полосно-пропускающем фильтре, содержащем параллельные слои диэлектрика, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства плоской решеткой параллельных тонкопленочных полосковых проводников с упорядоченными осями, новым является то, что оси любых двух соседних решеток ортогональны, а резонансная частота каждой пары смежных слоев диэлектрика вместе с прилегающими к ним решетками полосковых проводников равна центральной частоте полосы пропускания.

Отличается заявляемый фильтр от наиболее близкого аналога ортогональностью осей его любых двух соседних решеток тонкопленочных полосковых проводников, а также равенством резонансных частот каждой пары смежных слоев диэлектрика вместе с прилегающими к ним решетками полосковых проводников центральной частоте полосы пропускания.

Достоинством многослойного фильтра с двумя типами решеток с ортогональными осями тонкопленочных полосковых проводников является образование в таком фильтре системы связанных двухслойных резонаторов, в которых частота второго резонанса может быть значительно выше удвоенной частоты первого резонанса. Это позволяет значительно повысить частоту паразитной полосы пропускания относительно центральной частоты и тем самым значительно расширить верхнюю полосу 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 изображена конструкция многослойного полосно-пропускающего фильтра пятого порядка. Здесь 1 - вертикальные полосковые проводники, 2 - горизонтальные полосковые проводники; векторы Е, Н указывают направления электрического и магнитного поля фильтруемой волны, а волновой вектор k указывает направление распространения этой волны.

На фиг. 2 представлены расчетные частотные зависимости коэффициента прохождения мощности электромагнитной волны для заявляемого многослойного полосно-пропускающего фильтра пятого порядка и его ближайшего прототипа.

Пример осуществления изобретения показан на фиг. 1. Фильтр пятого порядка имеет десять диэлектрических слоев, выполненных из полиметилпентена. Этот материал имеет показатель преломления n=1.46. Конструкция фильтра обладает зеркальной симметрией относительно плоскости, расположенной между центральными слоями диэлектрика. На границах раздела диэлектрических слоев располагаются решетки параллельных тонкопленочных полосковых проводников с чередующимися вертикальными (1) и горизонтальными (2) осями. Все решетки полосковых проводников имеют период T=40 мкм. Все решетки с горизонтальными осями (2) имеют одинаковые зазоры между полосковыми проводниками s0=1.96 мкм. Решетки с вертикальными осями (1) имеют зазоры s1=26.28 мкм, s2=7.50 мкм, s3=6.73 мм с нумерацией в направлении от наружных решеток к центральным решеткам. Слои в каждой паре соседних слоев диэлектрика имеют одинаковую толщину, если между ними располагается решетка с горизонтальными проводниками. Слои в таких парах имеют толщины h1=23.25 мкм, h2=25.42 мкм, h3=25.45 мкм с нумерацией в направлении от наружных пар соседних слоев к центральным парам.

Расчетная частотная характеристика для приведенного примера фильтра показана сплошной линией на фиг. 2. Здесь использовался матричный метод расчета многослойных структур, а также формулы для матрицы рассеяния волн на решетке полосковых проводников [Б.А. Беляев, В.В. Тюрнев. Дифракция электромагнитных волн на одномерной решетке полосковых проводников, расположенной на границе раздела диэлектрических сред // Известия высших учебных заведений. Физика. 2015, т. 58, №5, с. 57-66]. Рабочая полоса пропускания имеет центральную частоту ƒ0=1 ТГц и относительную ширину Δƒ/ƒ0=1% по уровню -3 дБ. На частотах ниже частоты ƒ0 паразитные полосы пропускания отсутствуют. Край ближайшей паразитной полосы пропускания по уровню прохождения -100 дБ располагается на частоте 3.82ƒ0.

Здесь же на фиг. 2 показана штриховой линией расчетная частотная характеристика ближайшего аналога с теми же параметрами полосы пропускания.

Многослойный фильтр работает следующим образом. Он представляет собой систему из пяти связанных резонаторов. Резонатором является каждая пара соседних слоев диэлектрика, между которыми расположена плоская решетка горизонтальных тонкопленочных полосковых проводников. «Внешними линиями передачи» фильтра является свободное пространство по обе стороны конструкции, в котором могут распространяться падающие и отраженные плоские электромагнитные волны. Цепями связи резонаторов являются решетки вертикальных полосковых проводников.

Две наружные решетки вертикальных полосковых проводников обеспечивают оптимальную связь двух наружных резонаторов фильтра с «внешними линиями передачи», то есть со свободным пространством. Величину такой связи обычно характеризуют внешней добротностью Qe. Эта связь тем больше, чем меньше Qe. Внутренние решетки вертикальных полосковых проводников призваны обеспечить оптимальную связь между соседними резонаторами. Связь между резонаторами характеризуют коэффициентом связи k. Оптимальные значения Qe и k зависят от требуемой относительной ширины полосы пропускания. Они могут быть рассчитаны по известным формулам [G.L. Matthaei, L. Young, and Е.М.Т. Jones. Microwave filter, impedance-matching networks, and coupling structures. McGraw-Hill Book Company, 1964, Sec. 8.02]. Из них, в частности, следует, что все связи в фильтре пропорциональны относительной ширине полосы пропускания. Оптимальные величины связей в фильтре обеспечиваются выбором величин зазоров si между полосковыми проводниками во всех решетках с вертикальными осями. Чем больше величина зазора, тем сильнее связь.

Как и в любом резонаторном фильтре, частота первой моды колебаний каждого резонатора должна совпадать с центральной частотой ƒ0 требуемой полосы пропускания. Положение ближайшей паразитной полосы пропускания будут задавать частоты вторых мод колебаний резонаторов.

Наличие решетки горизонтальных полосковых проводников в центре каждого двухслойного резонатора позволяет значительно понизить частоту первой моды колебаний относительно частоты второй моды. В результате край ближайшей паразитной полосы пропускания фильтра переместится вверх за частоту 2ƒ0. Причем чем меньше будет зазор s0 между горизонтальными проводниками, тем выше отодвинется край паразитной полосы пропускания за частоту 2ƒ0. На частоте ƒ0 фазовая толщина слоев диэлектрика для любого резонатора всегда будет меньше π/2. Совпадение частоты первой моды колебаний каждого резонатора с требуемой центральной частотой ƒ0 может быть обеспечено как выбором оптимальных толщин диэлектрических слоев h1, h2, h3 для каждого резонатора, так и выбором для каждого резонатора оптимального зазора s0 в решетке горизонтальных проводников. В примере осуществления изобретения, приведенном выше, равенство частот резонаторов при произвольном одинаковом значении зазора s0 во всех резонаторах достигнуто выбором неодинаковых оптимальных значений толщин h1, h2, h3. Возможен и другой вариант конструирования фильтра, при котором все резонаторы имеют одинаковые произвольные фиксированные толщины слоев h1, h2, h3, но неодинаковые оптимальные зазоры s0.

Следует иметь в виду, что резонансные частоты любого резонатора в рассматриваемом фильтре зависят не только от параметров его диэлектрических слоев и параметров расположенной между ними решетки горизонтальных проводников, но также зависят от параметров решеток, связывающих резонаторы. Так как все связи резонаторов в настроенном фильтре всегда неодинаковы, то не могут быть одновременно одинаковыми зазоры s0 во всех решетках горизонтальных проводников при одинаковых толщинах h1, h2, h3 всех диэлектрических слоев.

Таким образом, преимуществом заявляемого многослойного фильтра является большая ширина верхней полосы заграждения. Он может быть изготовлен из материалов с произвольной диэлектрической проницаемостью.

Многослойный полосно-пропускающий фильтр, содержащий параллельные слои диэлектрика, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства плоской решеткой параллельных тонкопленочных полосковых проводников с упорядоченными осями, отличающийся тем, что оси любых двух соседних решеток ортогональны, а резонансная частота каждой пары смежных слоев диэлектрика вместе с прилегающими к ним решетками полосковых проводников равна центральной частоте полосы пропускания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоизмерительной СВЧ-техники и предназначено для автоматической регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВU) и неравномерности по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) и фазочастотной характеристике (ФЧХ) в СВЧ-приборах.

Изобретение относится к устройствам СВЧ-электроники и может быть использовано при конструировании нано- и микроэлектронных элементов для обработки сигналов. Элемент на магнитостатических спиновых волнах (МСВ) имеет две пары микрополосковых преобразователей, которые образуют два параллельных линейных канала распространения МСВ, разнесенных друг от друга на расстояние, обеспечивающее размещение между указанными каналами резонатора МСВ, взаимодействующего с линейными каналами.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение стойкости к деформации обмотки линейного фильтра.

Изобретение относится к автотранспортным средствам, в частности специального назначения, может быть использовано для повышения помехозащищенности бортового электрооборудования к внешнему высокочастотному электромагнитному полю при эксплуатации АТС в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Изобретение относится к областям радиотехники и связи. Высокочастотный фазовращатель выполнен на основе КМОП-технологии, при этом усилители с переменным коэффициентом усиления построены на основе модифицированных ячеек Гильберта, а аналоговый дифференциальный квадратурный сумматор подключен к квадратурному полифазному фильтру напрямую.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные полосковые проводники: смещенные относительно друг друга протяженные широкие отрезки полосковых проводников, заземляемые на основание со стороны свободных концов, с противоположных - соединены между собой посредством протяженных отрезков полосковых проводников, с внутренней стороны - соединены с отрезками протяженных узких полосковых проводников, дважды изогнутых под прямым углом, при этом вдоль по их периметрам, внутри каждого расположены свернутые П-образно отрезки полосковых проводников, заземляемые на основание со стороны свободных концов, соединенные с внешней стороны с ортогонально расположенными протяженными широкими отрезками полосковых проводников, являющихся портами фильтра.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.

Тем-камера // 2606173
Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения заключается в том, что ТЕМ-камера содержит корпус в форме пирамиды, при этом в поперечном сечении центральная и сужающиеся части корпуса являются прямоугольником с соотношением сторон 1:1,15, причем длина центральной части равна ее ширине, а сужающиеся части выполнены с линейными углами сужения 32,7° и 36,7°, открытые концы которого имеют размер 7,2×8,4 мм и вдоль продольной составляющей сгибы для соединения со стягивающим кольцом, которое выполнено в форме цилиндра с прямоугольным вырезом внутри и отношением сторон 1:1,15, по краям которого имеются по меньшей мере четыре отверстия с резьбовым соединением для крепления с помощью винтов через токопроводящую пасту держателя под соединитель, который также имеет цилиндрическую форму с по меньшей мере четырьмя резьбовыми отверстиями и по меньшей мере пятью отверстиями под высокочастотный соединитель, четыре из которых выполнены с одинаковым диаметром, а пятое выполнено в виде коаксиального волновода с волновым сопротивлением 50 Ом, центральный проводник которого соединен при помощи пайки и соединения в паз с центральной пластиной, которая выполнена из проводящего материала толщиной 2 мм и шириной 1:1,3 по отношению к ширине центральной части корпуса, а на концах центральной пластины выполнено линейное сужение со ступенчатыми вырезами на кромках в форме дуги, причем сужение в начале выполнено под углом 46° на расстоянии толщины стягивающего кольца и под углом 61° на расстоянии от толщины стягивающего кольца до 5,5 мм, превышающем расположение ребер корпуса, в одной из стенок которого имеется прямоугольный вырез, кромки которого выполнены с фаской под угол 45°, для испытательного стола из проводящего материала, который имеет по меньшей мере одно отверстие для соединителя и фаску под углом 45°.

Использование: для создания волноводной нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что волноводная нагрузка содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, внутри которого вдоль двух широких стенок установлены поглотители, которые выполнены в виде плоских пластин из поглощающего материала, имеют одинаковую толщину, заполняют всю площадь двух широких стенок прямоугольного волновода, узкие стенки короткозамкнутого отрезка прямоугольного волновода выполнены с уменьшающейся высотой от начала нагрузки к ее концу и на короткозамкнутом конце нагрузки высота узких стенок волновода выбрана равной двум толщинам пластин из поглощающего материала.

Изобретение относится к радиотехнике. Полосовой фильтр образован прямоугольными волноводами, отделенными друг от друга вдоль середины имеющей большую ширину поверхности фильтра, и тонкой металлической пластиной, заключенной между прямоугольными волноводами.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к фильтрам. Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр содержит установленные на металлическое основание и гальванически соединенные между собой боковыми поверхностями четвертьволновые резонаторы, изготовленные на основе коаксиальных керамических линий квадратного сечения. Каждый резонатор и емкости связи его с другим резонатором или внешним устройством изготовлены как один конструктивный элемент, при этом емкости связи отделены от резонатора зазором в металлизации внешней поверхности коаксиальной керамической линии и выполнены в виде керамических конденсаторов, обкладками которых являются внутренний проводник и боковые поверхности отрезка коаксиальной керамической линии от зазора до открытого торца коаксиальной керамической линии, причем на горизонтальных поверхностях этого отрезка коаксиальной керамической линии отсутствует металлизация. Регулировка частоты в фильтре производится за счет наличия мест выборки металлизации. Ширина зазора, отделяющего резонатор от емкостей связи, определяется из величины напряжения поверхностного пробоя. Технический результат - уменьшение габаритных размеров, улучшение частотных, мощностных, прочностных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим постоянный фазовый сдвиг между опорным каналом (компенсирующей линией) (ОК) и фазосдвигающим каналом (ФК) в широкой полосе частот. Фиксированный фазовращатель СВЧ содержит опорный канал на одиночной линии передачи и фазосдвигающий канал, выполненный в виде, по крайней мере, одного четырехполюсника в виде отрезка связанных линий передачи, нагруженных в месте соединения короткозамкнутым шлейфом. Причем связанные линии передачи выполнены ступенчато-неоднородными. Технический результат заключается в уменьшении коэффициента стоячей волны по напряжению и уменьшении максимального отклонения Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх