Полосно-пропускающий фильтр

Авторы патента:

H01P1/203 - 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 2672821:

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 технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую нанесен полосковый проводник, частично расщепленный продольной щелью с одного конца. Новым является то, что нерасщепленный отрезок полоскового проводника со стороны щели заземлен на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке, а расщепленные щелью отрезки полосковых проводников свернуты П-образно, при этом полосно-пропускающий фильтр может содержать n электромагнитно связанных расположенных сонаправлено полосковых проводников, где n = 2,3,4… . Полосно-пропускающий фильтр согласно изобретению обладает более широкой относительной полосой пропускания и лучшими частотно-селективными свойствами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

Известен полосковый резонатор (Патент на изобретение РФ №2352032, Н01Р 1/205, Н0 1Р 1/203), содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую подложку, на одну поверхность которой нанесен полосковый металлический проводник, на второй поверхности подложки также нанесен полосковый металлический проводник, идентичный по форме и расположению проводнику на первой поверхности.

Недостатком описанного полоскового резонатора является его низкая технологичность, обусловленная использованием в конструкции подвешенной между экранами диэлектрической подложки, а также нанесением полоскового металлического проводника на второй поверхности подложки, идентичного по форме и расположению проводнику на первой поверхности.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение 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.

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.

Фильтр выполнен на подложке с диэлектрической проницаемостью ε_r=9.8 и толщиной h=1 мм (Фиг. 4). Фильтр содержит n электромагнитно связанных шпильковых микрополосковых резонаторов, где n=2, 3, 4,….

Недостатком описанного полосно-пропускающего фильтра является сравнительно узкая относительная полоса пропускания, не превышающая ~ 40%, невысокие частотно-селективные свойства, обусловленные как ближайшей паразитной полосой пропускания, расположенной приблизительно на удвоенной частоте основной полосы пропускания, так и слабым подавлением мощности на частотах полос заграждения.

Задачей изобретения является расширение относительной полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра и улучшение его частотно-селективных свойств.

Указанная задача достигается тем, что в полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный продольной щелью с одного конца, согласно техническому решению, нерасщепленный отрезок полоскового проводника со стороны щели заземлен на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке, а расщепленные щелью отрезки полосковых проводников свернуты П-образно. За счет этого на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) конструкции наблюдается широкая полоса пропускания, сформированная тремя резонансами, а также сильное подавление мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полосы заграждения. Улучшение частотно-селективных свойств полосно-пропускающего фильтра, а в частности, рост крутизны склонов полосы пропускания и существенное увеличение подавления мощности на частотах полос заграждения осуществляется наращиванием числа n электромагнитно связанных, расположенных сонаправлено, полосковых проводников, где n=2, 3,4…

Техническим результатом изобретения является расширение относительной полосы пропускания полосно-пропускающего фильтра и улучшение его частотно-селективных свойств за счет заземления на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке полоскового проводника, его заявляемого расположения на диэлектрической подложке, а также увеличения его числа n.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство полосно-пропускающего фильтра, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика (S₂₁, S₁₁). Фиг. 3 - устройство полосно-пропускающего фильтра (n=2), Фиг. 4 -его амплитудно-частотная характеристика (S₂₁,S₁₁).

Заявляемый полосно-пропускающий фильтр (Фиг. 1), содержит диэлектрическую подложку (1), на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание (2), а на вторую сторону нанесен полосковый проводник (4-7), частично расщепленный продольной щелью с одного конца, нерасщепленный отрезок полоскового проводника (4) со стороны щели заземлен на металлизированное основание (2), через заполненное проводящем материалом отверстие (3) в диэлектрической подложке (1). Расщепленные щелью, пара отрезков полосковых проводников (5-7) свернуты П-образно.

В полосно-пропускающим фильтре (Фиг. 3) использовано два электромагнитно связанных полосковых проводника (4-10), расположенных на диэлектрической подложке (1) сонаправлено.

Разберем принцип действия полосно-пропускающего фильтра. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью ε_r=9.8, отрезки полоскового проводника (4-7), при подаче на вход конструкции электромагнитного сигнала, выполняют функцию микрополоскового трехмодового резонатора. Соответственно на его амплитудно-частотной характеристике наблюдается полоса пропускания, сформированная тремя резонансами. При этом нерасщепленный щелью отрезок полоскового проводника (4), заземленный с одной стороны на металлизированное основание (2) через отверстие (3) в диэлектрической подложке, по сути, представляет собой четвертьволновый резонатор, нижайшая мода которого участвует в формировании полосы пропускания фильтра. Отрезки полосковых проводников (5-7) свернутые П-образно, и аналогично заземлены на основание вблизи концов отрезков (5). Таким образом, они являются парой четвертьволновых резонаторов, с полосковыми отрезками проводников, расположенными по обе стороны от центральной щели, причем нижайшая мода колебаний от каждого из них участвует в формировании полосы пропускания.

Поэтому в заявляемом полосно-пропускающем фильтре ближайшая паразитная полоса пропускания расположена на амплитудно-частотной характеристике, примерно на утроенной частоте основной полосы пропускания (Фиг. 2), в то время как на АЧХ прототипа она наблюдается на удвоенной частоте. Расширение относительной полосы пропускания конструкции до ~50% осуществляется увеличением ширины отрезка полоскового проводника (4) и уменьшением площади отверстия (3) в подложке.

Существенный рост крутизны полосы пропускания и усиление подавления паразитной мощности на амплитудно-частотной характеристике осуществляется наращиванием числа п электромагнитно связанных полосковых проводников, где n=2, 3, 4… (Фиг. 3, n=2), что сопровождается увеличением числа резонансов, формирующих полосу пропускания фильтра, в 3n раз (Фиг. 4, n=2). П-образное сворачивание отрезков полосковых проводников позволяет обеспечить преимущественно индуктивную связь между n сонаправленно расположенными полосковыми проводниками и реализовать микрополосковой конструкции высокие частотно-селективные свойства.

Пример выполнения полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 1). В конструкции была использована подложка размерами 32.0×20.5 мм² из традиционного материала СВЧ техники поликора с диэлектрической проницаемостью ε_r=9.8. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (4) и (7) равны толщине подложки h=1 мм. Относительная ширина полосы пропускания (Фиг. 2) заявляемого полосно-пропускающего фильтра 50%, что шире, чем у прототипа. Также на амплитудно-частотной характеристике фильтра наблюдается более сильное подавление мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полос заграждения, в том числе и за счет наличия полюсов затухания. Конструктивные параметры фильтра (Фиг. 1): длина и ширина отрезков проводника (4), (5), (6) и (7): 19.0×10.5 мм², 11.0×2.7 мм², 2.2×1.1 мм² и 13.2×2.9 мм, соответственно. Площадь отверстия (3) в диэлектрической подложке - 0.09 мм².

Пример выполнения полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 3, n=2). В конструкции была использована подложка размерами 29.80×41.85 мм² из традиционного материала СВЧ техники поликора с диэлектрической проницаемостью ε_r=9.8. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (4) и (7) равны толщине подложки h=1 мм. Относительная ширина полосы пропускания (Фиг. 4) заявляемого полосно-пропускающего фильтра 50%. Также на АЧХ фильтра наблюдается еще более сильное подавление мощности на частотах полос заграждения и сильная крутизна склонов полосы пропускания, которая обусловлена не только высоким порядком фильтра, но и наличием расположенных как слева, так справа от полосы пропускания полюсов затухания.

Конструктивные параметры фильтра (Фиг. 3), а в частности длина и ширина отрезков полосковых проводников - (4): 18.10×12.00 мм², (5): 9.70×2.25 мм², (6): 3.40×2.15 мм², (7): 13.10×2.80 мм², (8): 9.60×0.7 мм², (Р): 2.10×1.45 мм², (10): 13.50×1.50 мм². Зазор между отрезками (10) и (10): 0.05 мм. Диаметр отверстий (3) в диэлектрической подложке - 0.3 мм.

Таким образом, заявляемый полосно-пропускающий фильтр обладает более широкой относительной полосой пропускания и лучшими частотно-селективными свойствами за счет заземления на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке полоскового проводника, расщепленные щелью отрезки которого свернуты П-образно.

1. Полосно-пропускающий фильтр, 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, отличающийся тем, что нерасщепленный отрезок полоскового проводника со стороны щели заземлен на металлизированное основание через отверстие в диэлектрической подложке, а расщепленные щелью отрезки полосковых проводников свернуты П-образно.

2. Полосно-пропускающий фильтр по п. 1, отличающийся тем, что содержит n электромагнитно связанных расположенных сонаправлено полосковых проводников, где n = 2, 3, 4…

Использование: для создания нового поколения СВЧ элементной базы и МИС СВЧ на основе графена. Сущность изобретения заключается в том, что переключатель СВЧ изготовлен на графене, где в качестве подложки использован кремний, затем последовательно размещены слой оксида кремния (SiO2), наноразмерный двумерный слой графена, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх которого нанесен диэлектрик, содержащий аморфный слой оксида алюминия (Аl2O3), аморфный слой диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной, например двуокиси гафния (НfO2), и повторно аморфный слой оксида алюминия (Аl2O3), поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку конденсатора, при этом переключатель содержит два конденсатора, образующих двойные ВЧ-ключи.

Бесконтактный сверхвысокочастотный переключатель на два положения // 2671339

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к переключателям каналов. Переключатель содержит три или более передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя, и по крайней мере одну передающую линию, размещенную на другой части переключателя, выполненную с возможностью перемещения и фиксации в одном из двух положений, в которых происходит бесконтактное соединение передающих линий подвижной и неподвижной частей переключателя.

Микрополосковый фильтр верхних частот // 2670366

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Микрополосковый фильтр верхних частот содержит диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен прямоугольный полосковый металлический проводник.

Планарный поляризационный селектор // 2670216

Изобретение относится к области СВЧ-устройств. Предложен планарный поляризационный селектор, содержащий поверхностный резонатор с двумя подключенными к нему подводящими поверхностными волноводами, металлический двухполяризационный волновод и печатную плату, на которой выполнены поверхностный резонатор и подводящие поверхностные волноводы, причем поверхностный резонатор дополнительно содержит щелевую апертуру в одном из двух уровней металлизации, а металлический двухполяризационный волновод установлен на поверхности печатной платы в области щелевой апертуры поверхностного резонатора, и при этом сам поверхностный резонатор является резонатором нефундаментальных ортогональных мод.

Соединитель фланцев волноводов свч трактов // 2668627

Изобретение относится к области СВЧ техники, точнее к техническим решениям соединителей разъемных фланцев волноводов СВЧ трактов. Соединитель содержит шляпку 1 в виде диска и цилиндрическую часть 2 меньшего диаметра, размещенную в соосных отверстиях 3 и 4 сочлененных волноводных фланцев 5 и 6, вторую составляющую из шляпки 7 в виде диска и цилиндрической части 8 меньшего диаметра, отверстия 9 в диске 1 и отверстие 10 в диске 7, в которых закреплены центры цилиндрической части 2 и второй цилиндрической части 8 соединителя и его второй части.

Уголковый изгиб волноводного тракта // 2668622

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к элементам волноводного тракта, и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике. Уголковый изгиб волноводного тракта содержит входной и выходной прямоугольные волноводы, расположенные под углом α один относительно другого, у которых стенки в плоскости изгиба параллельны, а также согласующую неоднородность.

Микрополосковая нагрузка // 2667348

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных микроволновых устройствах в качестве оконечной согласованной нагрузки высокого уровня мощности.

Разъёмное соединение фланцев волноводов свч трактов // 2667324

Разъемное соединение фланцев волноводов СВЧ трактов относится к области СВЧ техники. Заявленное соединение содержит одинаковые пластины 1 с соосными отверстиями 2 и направляющими, которые образованы штырем 3, укрепленным на одной из пластин 1 и соосными с ними отверстиями 4 в другой пластине 1, шайбы 5 из магнитотвердых материалов с остаточной намагниченностью, размещенные в отверстиях 2 в пластинах 1, укрепленные в них и установленные встречно друг к другу противоположными полюсными наконечниками N-S, отверстие 6 с резьбой в одной из пластин 1, смещенное относительно центра к краю пластины.

Соединитель фланцев волноводов свч трактов // 2667321

Изобретение относится к области СВЧ техники, точнее к техническим решениям соединителей разъемных фланцев волноводов СВЧ трактов, и позволяет упростить процесс крепления фланцев при многократном их соединении и разъединении и ускорить процесс крепления фланцев волноводных труб.

Нелинейный делитель мощности свч сигнала на спиновых волнах // 2666969

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использовано в качестве частотно-избирательного делителя мощности с нелинейным эффектом.