МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.

Известен гребенчатый полосно-пропускающий микрополосковый фильтр [Патент RU №2148286, МКИ⁷ Н01Р 1/205, 1/203, бюл. №12 от 27.04.2000], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены короткозамкнутые на землю с одного конца полосковые проводники, связанные между собой электромагнитно и кондуктивно. Проводники резонаторов выполнены прямолинейными, кроме того, между полосковыми проводниками, являющимися резонаторами, нанесены дополнительные короткозамкнутые на землю полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами. Длина дополнительных полосковых проводников выполнена изменяемой.

Недостатками гребенчатого полосно-пропускающего микрополоскового фильтра являются узкая высокочастотная полоса заграждения и сравнительно большие размеры.

Наиболее близким аналогом является микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр [Патент RU №2504870, МКИ⁷ Н01Р 1/203, бюл. №2 от 20.01.2014 (прототип)]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую сторону нанесены параллельные прямолинейные полосковые проводники. Внешние проводники микрополосковой структуры короткозамкнуты с одной стороны на экран и кондуктивно подключены к входной и выходной линиям передачи. Внутренние проводники кондуктивно соединены с одного конца между собой и соединены с внешними короткозамкнутыми проводниками с помощью дополнительных проводников. Фильтр имеет меньшие габариты и более протяженную высокочастотную полосу заграждения по сравнению с первым аналогом.

Недостатками фильтра являются сравнительно большие размеры на низких частотах и то, что протяженность высокочастотной полосы заграждения не превышает октавы в случае, когда относительная ширина полосы пропускания превышает величину Δƒ/ƒ₀=100%.

Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров и увеличение протяженности высокочастотной полосы заграждения микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, новым является то, что проводники резонаторов выполнены нерегулярными, а участки полосковых проводников наружных резонаторов от разомкнутого конца до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что проводники резонаторов выполнены нерегулярными, а участки полосковых проводников наружных резонаторов от разомкнутого конца до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется рисунками:

На фиг. 1а изображена топология проводников заявляемого микрополоскового фильтра пятого порядка, а на фиг.1б - топология проводников фильтра-прототипа пятого порядка.

На фиг. 2 изображены рассчитанные амплитудно-частотные характеристики заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра прототипа (штриховая линия).

Заявляемый микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (фиг. la) содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую сторону нанесены нерегулярные полосковые проводники резонаторов 2, причем узкие участки нерегулярных проводников наружных резонаторов короткозамкнуты с одной стороны на экран, а внутренние резонаторы кондуктивно соединены с одного конца между собой и соединены с внешними короткозамкнутыми проводниками с помощью дополнительных проводников 3. Входная и выходная линия передачи подключена к проводникам наружных резонаторов, которые расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками.

Фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам наружных резонаторов как показано на фиг. 1а, причем расстояние от разомкнутых концов проводников до точек подключения внешних линий передачи определяется заданным минимальным 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.

Как и в фильтре-прототипе в заявляемом фильтре благодаря наличию дополнительных проводников все нерегулярные проводники, образующие резонаторы, связаны между собой не только электромагнитно, но и кондуктивно. Величину коэффициента связи можно изменять, варьируя как величины зазоров между резонаторами, так и расстояние от дополнительного проводника до экрана. Как известно, ширина полосы пропускания фильтра определяется, при прочих равных условиях, величиной коэффициента связи резонаторов. Изменяя расстояние от дополнительного проводника до экрана, можно в широких пределах менять величину коэффициента связи резонаторов, не изменяя при этом расстояния между ними. Благодаря этому можно получить относительную ширину полосы пропускания фильтра более Δƒ/ƒ₀=100%.

Известно, что нерегулярные микрополосковые резонаторы могут иметь значительно меньшие габариты по сравнению с регулярными резонаторами при прочих равных условиях. Кроме того, резонансная частота второй - паразитной моды колебаний нерегулярного микрополоскового резонатора значительно выше по сравнению с резонансной частотой традиционного регулярного микрополоскового резонатора, а фильтры на основе нерегулярных резонаторов, соответственно, имеют более протяженную высокочастотную полосу заграждения. Таким образом, в фильтре заявляемой конструкции благодаря использованию нерегулярных микрополосковых резонаторов достигается уменьшение габаритов и расширение высокочастотной полосы заграждения устройства по сравнению с фильтром-прототипом. Дополнительное уменьшение уровня прохождения сигнала на частотах полосы заграждения в заявляемом фильтре достигается тем, что проводники наружных резонаторов расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками.

На фиг 2 приведены рассчитанные в программе электродинамического моделирования частотные зависимости вносимых потерь для заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра-прототипа (пунктирная линия). Оба фильтра имеют центральную частоту полосы пропускания ƒ₀=1 ГГц и относительную ширину полосы пропускания Δƒ/ƒ₀=100% по уровню -3 дБ, КСВ в полосе пропускания фильтра не хуже 1,5. В качестве материала подложек был выбрана керамика с относительной диэлектрической проницаемостью ε=80; толщиной 1 мм. Размеры микрополосковой структуры в заявляемом фильтре составили 18 × 8=144 мм², в то время как размеры фильтра-прототипа составили 11 × 15=165 мм², т.е. заявленный фильтр имеет меньшую площадь полосковой структуры при прочих равных условиях, что подтверждает заявленный технический результат.

Из представленных зависимостей также видно, что в области полосы пропускания амплитудно-частотные характеристики идентичны, однако первый паразитный высокочастотный резонанс у фильтра-прототипа располагается на частоте 2.15 ГГц, а у заявляемого фильтра - на частоте 3.4 ГГц, т.е. практически в 1.6 раза дальше. Это приводит к тому, что ширина высокочастотной полосы заграждения у заявляемого фильтра по уровню затухания 30 дБ составляет 1.38 ГГц, в то время как у фильтра-прототипа всего лишь 0.42 ГГц.

Таким образом, заявляемая конструкция позволяет реализовывать на ее основе широкополосные миниатюрные полосно-пропускающие фильтры с протяженной высокочастотной полосой заграждения.