Микрополосковый широкополосный фильтр

Авторы патента:

H01P1/00 - 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 2644976:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) (RU)

Изобретение относится к СВЧ-радиотехнике, в частности к фильтрам. Микрополосковый широкополосный фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - полосковые проводники, электромагнитно связанные между собой. Узкие и широкие прямоугольные полосковые проводники соединены друг с другом в форме нерегулярного меандра, его крайние узкие проводники со стороны свободных концов заземлены на основание, причем входной и выходной порты фильтра подключены кондуктивно к крайним широким проводникам меандра через отрезки микрополосковых линий со скачком волнового сопротивления. Технические результаты – расширение полосы заграждения, повышение крутизны низкочастотного склона частотной характеристики, расширение рабочей полосы пропускания. 2 ил.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем.

Известен полосно-пропускающий фильтр (Патент РФ №2480867, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный продольной щелью с одного конца. Относительная длина нерасщепленного участка двухмодового резонатора составляет от 16% до 65% его длины. Полосно-пропускающий фильтр, состоящий из одного двухмодового шпилькового микрополоскового резонатора, работает следующим образом. Он имеет две низкочастотные моды колебаний, одна из которых четная, а другая - нечетная. Для четной моды колебаний токи на расщепленном участке проводника по обе стороны щели текут в одном направлении и продолжают течь на нерасщепленном участке. Для нечетной моды токи на расщепленном участке текут в противоположных направлениях и отсутствуют на нерасщепленном участке.

Недостатком описанного полосно-пропускающего фильтра является использование малого числа (двух) мод колебаний резонатора, являющегося частично расщепленным полосковым проводником на диэлектрической подложке, что ограничивает возможности на улучшение его частотно-селективных свойств, а также их ухудшение при реализации широкой относительной полосы пропускания.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (Патент РФ №2504870, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, причем проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники разомкнуты. Фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам, причем расстояние от заземленных концов проводников до точек подключения внешних линий передачи определяется заданным уровнем отражений в полосе пропускания фильтра. Сигналы, частоты которых попадают в полосу пропускания, проходят на выход фильтра с минимальными потерями, в то время как на частотах вне полосы пропускания происходит отражение сигналов от входа устройства.

К недостаткам прототипа относятся не слишком широкая рабочая полоса пропускания и невысокие частотно-селективные свойства фильтра, обусловленные слабой крутизной низкочастотного склона полосы пропускания и сравнительно узкой высокочастотной полосой заграждения.

Задачей изобретения является расширение рабочей полосы пропускания и улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра.

Указанная задача решается благодаря тому, что в микрополосковом широкополосном фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены полосковые проводники, электромагнитно связанные между собой, согласно изобретению узкие и широкие прямоугольные полосковые проводники соединены друг с другом в форме нерегулярного меандра, его крайние узкие проводники со стороны свободных концов заземлены на основание, входной и выходной порты фильтра подключаются кондуктивно к крайним широким проводникам меандра через отрезки микрополосковых линий со скачком волнового сопротивления.

Техническим результатом изобретения является расширение полосы рабочих частот и улучшение частотно-селективных свойств фильтра за счет заявляемого расположения полосковых проводников на диэлектрической подложке.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство заявляемого микрополоскового широкополосного фильтра; Фиг. 2 - измеренные амплитудно-частотные характеристики (S₂₁, S₁₁) изготовленного фильтра.

Заявляемый микрополосковый широкополосный фильтр (Фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 7, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены обладающие осевой симметрией полосковые проводники 2-12, соединенные друг с другом, а также связанные между собой электромагнитно. Полосковые проводники представляют собой отрезки микрополосковых линий. Прямоугольные узкие 2, 4, 6, 8 и широкие 3, 5, 7 полосковые проводники имеют форму «нерегулярного меандра», его крайние узкие проводники 2 со стороны свободных концов заземлены на основание. Входной и выходной порты фильтра подключены кондуктивно к крайним широким проводникам 3 меандра через четыре последовательно соединенных прямоугольных проводника 9-12, причем проводники 9, 11, 12 - узкие, а проводники 10 - широкие, благодаря этому возникает скачок волнового сопротивления отрезков микрополосковых линий.

Принцип действия микрополоскового широкополосного фильтра заключается в следующем. Нерегулярный меандр представляет собой соединенные чередующиеся узкие и широкие полосковые проводники различной длины и ширины, расположенные на диэлектрической подложке, что позволяет реализовать большой скачок волновых сопротивлений отрезков линий передачи. Так как крайние узкие проводники 2 меандра заземлены на основание, он является четвертьволновым резонатором, который, благодаря сворачиванию проводника и его топологии, имеет пять нижайших мод колебаний, резонансные частоты которых участвуют в формировании рабочей полосы пропускания. При этом значительное расширение полосы пропускания достигается благодаря «расталкиванию» резонансов этих мод колебаний за счет сильного взаимодействия. Если необходимо, количество таких резонансов несложно как увеличить, так и уменьшить, наращивая или понижая число периодов меандра соответственно. Например, при использовании меандра, состоящего из полосковых проводников 2-5, от него на частоты полосы пропускания попадают частоты только трех резонансов.

Дополнительно полосу пропускания устройства формируют два резонанса от прямоугольных проводников 9-12, которые также облегчают согласование широкополосного фильтра, кондуктивно подключаемого к 50 Ω входному и выходному портам. При реализации фильтра на подложках с низкой диэлектрической проницаемостью крайний широкий проводник 3 меандра кондуктивно подключается к портам.

В результате конструктивных особенностей используемых полосковых проводников существенно расширяется рабочая полоса пропускания фильтра, которая формируется семью резонансами (Фиг. 2), также на амплитудно-частотной характеристике наблюдается рост крутизны низкочастотного склона полосы пропускания и расширение высокочастотной полосы заграждения.

Значительному усилению подавления мощности на частотах высокочастотной полосы заграждения способствуют расположенные рядом по частотам на амплитудно-частотной характеристике (Фиг. 2) несколько полюсов затухания СВЧ-мощности, пара из которых возникает благодаря сильной связи между отрезками линий 10 и 7. Происхождение полюсов затухания мощности связано с тем, что на этих частотах емкостная и индуктивная связи отрезков линий взаимно компенсируют друг друга. Расширение высокочастотной полосы заграждения обусловлено большим скачком волновых сопротивлений отрезков линий передачи.

Пример выполнения

Фильтр был изготовлен на подложке из традиционного материала СВЧ-техники (керамика «ТБНС») толщиной 1 мм с диэлектрической проницаемостью ε=80. Длина и ширина полосковых проводников фильтра в мм: (2) - 5.8×0.6; (3) - 15.7×2.6; (4) - 1.9×0.1; (5) - 8.8×3.8; (6) - 14.1×0.1; (7) - 2.5×2.0; (8) - 2.5×0.1; (9) - 6.8×0.1; (10)- 4.3×1.6; (11) - 9.5×0.2; (12) - 5.6×0.1. Зазор между 3 и 11 проводниками 1.2 мм. Площадь подложки, с учетом отступа 1 мм от трех ее краев до проводников, составила 31.3×23.9 мм².

Амплитудно-частотные характеристики прямых и обратных потерь (потерь на прохождение S₂₁ и на отражение S₁₁) заявляемого микрополоскового широкополосного фильтра, снятые в широкой полосе частот, показаны на Фиг. 2. Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания Δƒ/ƒ₀≈95%, измеренную по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь, которые составляли величину L_min≈0.8 дБ на центральной частоте полосы пропускания ƒ₀≈0.45 ГГц. Преимуществами такого широкополосного фильтра являются наблюдаемые на амплитудно-частотной характеристике четыре полюса затухания мощности, один из которых расположен рядом с высокочастотным склоном рабочей полосы пропускания и способствует росту крутизны этого склона. Кроме того, все полюса затухания значительно усиливают подавление СВЧ-мощности на частотах высокочастотной полосы заграждения фильтра, и тем самым улучшают его частотно-селективные свойства.

Таким образом, заявляемое устройство с улучшенными частотно-селективными свойствами имеет более широкую рабочую полосу пропускания с крутым низкочастотным склоном, а также расширенную высокочастотную полосу заграждения.

Микрополосковый широкополосный фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую – нанесены полосковые проводники, электромагнитно связанные между собой, отличающийся тем, что узкие и широкие прямоугольные полосковые проводники соединены друг с другом в форме нерегулярного меандра, его крайние узкие проводники со стороны свободных концов заземлены на основание, причем входной и выходной порты фильтра подключены кондуктивно к крайним широким проводникам меандра через отрезки микрополосковых линий со скачком волнового сопротивления.

Изобретение относится к интегральной оптике. Способ пространственного разделения оптических мод ортогональных поляризаций в планарной волноводной структуре, заключающийся в том, что излучение лазера вводят в четырехслойную планарную направляющую структуру, состоящую из подложки, покровной среды, волноводного высокопреломляющего магнитооптического слоя, намагниченного до насыщения в плоскости границы раздела, в направлении, поперечном распространению света, волноводного нанокомпозитного слоя с расположенным на его поверхности решеточным элементом связи для ввода излучения.

Интегральный аттенюатор // 2642538

Использование: для создания схем дифференциальных аттенюаторов для работы в СВЧ диапазоне. Сущность изобретения заключается в том, что интегральный аттенюатор содержит генератор дифференциального сигнала, звенья, состоящие из параллельно включенных управляемых МОП транзисторов n- и p-типа, блок управления и нагрузку, кроме того, неинвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа, соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой напрямую, а инвертирующая пара звеньев, состоящих из МОП транзисторов n- и p-типа соединена с генератором дифференциального сигнала и нагрузкой перекрестно; где регулировка сопротивлений МОП транзисторов, входящих в звенья, осуществляется блоком управления, при этом сопротивление одной пары звеньев МОП транзисторов возрастает, а другой падает.

Свч аттенюатор // 2641625

Изобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике и может быть использовано для заданного ослабления СВЧ сигнала большой мощности в широкой полосе рабочих частот.

Полосковый резонатор // 2640968

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и предназначено для создания частотно-селективных устройств. Полосковый резонатор содержит две диэлектрические подложки, подвешенные между экранами корпуса, на обе поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники, электромагнитно связанные между собой.

Псевдоморфное коммутирующее устройство на основе гетероструктуры algan/ingan // 2640966

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий. Коммутирующее устройство является псевдоморфным, изготовленным на базе гетероструктуры AlGaN/InGaN, а емкостный элемент представляет собой конденсатор.

Псевдоморфный ограничитель мощности на основе гетероструктуры algan/ingan // 2640965

Изобретение относится к области полупроводниковых изделий и может быть использовано при создании нового поколения СВЧ элементной базы и интегральных схем на основе гетероструктур широкозонных полупроводников.

Дискретный свч фазовращатель // 2639992

Изобретение относится к области СВЧ радиотехники, в частности к проходным дискретным полупроводниковым фазовращателям. Дискретный СВЧ фазовращатель проходного типа, согласованный с волновым сопротивлением ρ0 основной линии передачи, выполнен на основе соединения отрезков линий передачи и управляющих элементов, преимущественно диодов.

Устройство возбуждения волны е01 в круглом волноводе // 2639736

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике СВЧ и антенной технике. Устройство возбуждения волны Ε01 в круглом волноводе содержит делитель мощности с N выходами, N элементов связи с круглым волноводом, равномерно расположенных в поперечном сечении на цилиндрической поверхности волновода, которые соединены с N выходами делителя мощности, вход которого является входом устройства возбуждения.

Устройство для работы на двух круговых поляризациях в двух диапазонах частот // 2638902

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в спутниковой связи с поляризационным уплотнением сигналов как на земных станциях спутниковой связи, так и на спутниках связи.

Секция дискретного фазовращателя с цифровым управлением // 2638389

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, в частности к фазовращателям. Секция дискретного фазовращателя с цифровым управлением содержит входной направленный ответвитель со слабой связью, вход которого является входом устройства, выходной направленный ответвитель со слабой связью, выход которого является выходом устройства, ослабитель с цифровым управлением, выход которого соединен со связанным входом вторичной линии выходного направленного ответвителя, первый и второй отрезки передающих линий, третью и четвертую замкнутые на конце четвертьволновые связанные передающие линии.

Свч-мультиплексор // 2645033

Изобретение относится к радиотехнике. СВЧ-мультиплексор содержит устройство общего вывода СВЧ-сигнала, суммирующий резонатор, параллельно расположенные полосно-пропускающие фильтры. Суммирующий резонатор представляет собой закороченный на концах отрезок передающей линии, а каждый из полосно-пропускающих фильтров выполнен в виде цепочки связанных резонаторов. Резонаторы каждой цепочки полосно-пропускающего фильтра расположены с образованием двух ярусов. Устройства раздельного ввода СВЧ-сигналов и устройство вывода СВЧ-сигнала выполнены в виде волноводов, отделенных от соответствующих входных резонаторов цепочек полосно-пропускающих фильтров и суммирующего резонатора, поперечной диафрагмой с щелями связи. Волновод каждого из устройств раздельного ввода СВЧ-сигналов снабжен резонансным элементом в виде стержня из диэлектрического материала, размещенным на поперечной диафрагме волновода, и регулировочными элементами перестройки частоты и связи, размещенными в стенке волновода. Резонансный элемент ориентирован вдоль направления распространения СВЧ-сигнала и выполнен с возможностью настройки на граничные частоты полосы пропускания мультиплексора. Технические результаты - уменьшение массы и габаритов, повышение уровня мощности выходного СВЧ-сигнала. 13 з. п. ф-лы, 12 ил.

Частотно-поляризационный селектор // 2647203

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к селекторам радиоволн. Частотно-поляризационный селектор содержит первый ортомодовый преобразователь, представляющий собой крестовой разветвитель, в плечах которого установлены емкостные фильтры нижних частот. На выходе первого ортомодового преобразователя установлен поляризатор Q-диапазона, реализованный на круглом волноводе с пазом с двумя ортогональными выходами. Фильтры соединяются со вторым ортомодовым преобразователем посредством четырех п-образных волноводных секций равной длины, один выход второго ортомодового преобразователя короткозамкнут, ко второму выходу через трансформатор с круглого на квадратное сечение присоединен септум-поляризатор с двумя ортогональными выходами. В первом ортомодовом преобразователе, в узле четырехкратного разветвления, внесены множественные изменения сечения круглого волновода, а также резонансная диафрагма, введенная в область перехода на волновод меньшего диаметра. В плечах ортомодового преобразователя устанавливаются широкополосные емкостные фильтры нижних частот с переменной толщиной диафрагм. В Q-диапазоне частот поляризатор реализован на круглом волноводе с регулируемым пазом. Технический результат - возможность реализации широкополосного частотно-поляризационного селектора в высоких диапазонах частот и разнесенных между собой Ka- и Q-диапазонов частот более чем на октаву. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Волноводный поляризатор // 2647216

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности, в технике спутникового телевидения для приема волн с круговой поляризацией поля. Поляризатор состоит из отрезка круглого волновода и расположенной в нем фазосдвигающей секции, выполненной в виде решетки из плоских прямоугольных проводников, расположенных на тонкой прямоугольной диэлектрической пластине. При этом один плоский прямоугольный проводник выполнен в виде широкого прямоугольного проводника, расположенного симметрично в центральной части диэлектрической пластины, а на краях диэлектрической пластины расположены симметрично по меньшей мере по одному узкому прямоугольному проводнику. Причем волноводный поляризатор выполнен с возможностью совмещения емкостной проводимости узких прямоугольных проводников с эквивалентной емкостной проводимостью краев диэлектрической пластины. Технический результат заключается в обеспечении высокого уровня развязки по поляризации в рабочем диапазоне частот, приемлемого продольного габарита, простоты конструкции и технологичности. 3 ил.

Высокочастотный векторный фазовращатель // 2647217

Изобретение относится к областям радиотехники и связи. Сущность заявленного устройства заключается в том, что высокочастотный векторный фазовращатель включает полифазный RC-фильтр, первый вход которого является входом фазовращателя, а второй вход заземлен, аналоговый квадратурный дифференциальный сумматор, состоящий из двух дифференциальных усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде ячеек Гильберта и нагрузки, подключенной к шине питания, цифроаналоговый преобразователь, источник напряжений смещения, преобразователь дифференциального сигнала в небалансный, выход которого является выходом фазовращателя. Дополнительно фазовращатель содержит блок ослабления синфазной составляющей, включенный между аналоговым квадратурным дифференциальным сумматором и преобразователем дифференциального сигнала в небалансный и подключенный к источнику напряжений смещения. Технический результат от реализации заявленного изобретения направлен на разработку высокочастотного векторного фазовращателя с небалансным входом для уменьшения ошибки установки фазы и снижения массогабаритных характеристик устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Регулировочный фазовращатель свч // 2648021

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в фазированных антенных решетках для выравнивания фаз СВЧ трактов после их изготовления. Регулировочный фазовращатель СВЧ содержит одинаковые первый и второй отрезки линии передачи, одни концы которых соединены со входом и выходом, а другие соединены между собой третьим проводником. К середине третьего проводника подключен через перемычку разомкнутый шлейф. Между участками шлейфа включены дополнительные перемычки для ступенчатой регулировки фазы. При этом первый и второй отрезки расположены параллельно и соединены дополнительно через конденсатор, выводы которого подключены на одинаковых расстояниях от концов отрезков, с возможностью перемещения вдоль них при регулировке фазы. Емкость конденсатора постоянна и находится в пределах от 1/2ωZ0 до 1/ωZ0, где ω - круговая частота, Z0 - сопротивление входа и выхода, а также волновое сопротивление отрезков линий. Предлагаемый регулировочный фазовращатель при малых габаритах имеет малые погрешности перестройки фазы при широком диапазоне частот согласования. Изобретение обеспечивает уменьшение погрешности установки величины фазы и улучшение согласования в широком диапазоне частот при небольших габаритах. 2 ил.