Результат интеллектуальной деятельности: МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

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

Известен фильтр на основе полоскового резонатора, содержащий подвешенную между двумя экранами диэлектрическую подложку, на обе поверхности которой нанесены полосковые металлические проводники, электромагнитно связанные между собой. На первой поверхности подложки проводник разомкнут на концах и выполнен в виде шпильки. На второй поверхности подложки проводники расположены под разомкнутыми концами проводника, расположенного на первой поверхности, и замкнуты на экран смежными концами с одного края подложки. Кроме того, на второй поверхности подложки расположен дополнительный проводник, замкнутый на экран одним концом (патент РФ №2402121, Н01Р 1/205, Н01Р 1/203).

Недостатком описанного полосно-пропускающего фильтра является низкая технологичность изготовления, так как для крепления подвешенной подложки и полноценного функционирования устройства необходим специальный корпус с верхним и нижним заземленными экранами, на которые замкнуты полосковые проводники.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый широкополосный попоено-пропускающий фильтр (патент РФ №2182738, Н01Р 1/203, Н01Р 1/205). Фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники в виде шпилечных резонаторов, состоящие из отрезков регулярных микрополосковых линий различной ширины, электромагнитно связанных между собой. Полосковые проводники выполнены в виде встречно направленных шпилечных резонаторов, а широкий отрезок полоскового проводника своим концом соединен с экраном. Подосно-пропускающий фильтр из двух резонаторов имеет четыре рабочих типа колебаний (по два в каждом резонаторе) и соответственно амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) четырехзвенного фильтра.

К недостаткам прототипа относится невысокая технологичность изготовления, вследствие необходимости соединения полосковых проводников с заземляемым основанием (экраном), а также недостаточно высокая селективность, вследствие отсутствия вблизи границ полосы пропускания (ПП) полюсов затухания.

Задачей изобретения является повышение технологичности изготовления полосно-пропускающего фильтра, а также улучшение его селективных свойств.

Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну поверхность которой нанесено заземляемое основание, а на вторую поверхность нанесены полосковые проводники, согласно техническому решению полосковые проводники соединены в виде замкнутой прямоугольной рамки, при этом полосковые проводники, расположенные по короткой стороне рамки, имеют различную ширину, отличающуюся от ширины полосковых проводников, расположенных по длинной стороне рамки и имеющих ступенчатое изменение ширины, причем, параллельно замкнутой прямоугольной рамке, вдоль длинных сторон, нанесены полосковые проводники, электромагнитно связанные с ней.

Техническим результатом изобретения является повышение технологичности изготовления вследствие отказа от использования соединения проводников с заземляемым основанием и улучшение селективных свойств за счет заявляемого расположения проводников на диэлектрической подложке.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг.1 - устройство заявляемого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра. Фиг.2 - амплитудно-частотные характеристики (S₂₁, S₁₁) заявляемого полосно-пропускающего фильтра.

Предлагаемый фильтр (Фиг.1), содержит диэлектрическую подложку 1, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание 2, а па вторую сторону нанесены, соединенные в замкнутую прямоугольную рамку, два полосковых проводника 3, имеющих разную ширину и два полосковых проводника 4, имеющих ступенчатое изменение ширины. На этой же стороне подложки параллельно длинным сторонам прямоугольной рамки нанесены полосковые проводники 5, электромагнитно связанные с замкнутой прямоугольной рамкой.

Разберем принцип действия микрополосковых полосно-пропускающих фильтров на многомодовых резонаторах. Конструктивные особенности таких резонаторов позволяют существенно сблизить в них собственные частоты двух и более первых (нижайших) типов колебаний, в результате чего каждый резонатор может иметь одновременно несколько рабочих резонансов, что позволяет более эффективно использовать полезный объем, занимаемый устройством. В заявляемом устройстве многомодовый режим работы микрополоскового резонатора осуществляется за счет особой формы проводников, протяженных вдоль оси x и оси y, конструктивно представляющих собой замкнутую прямоугольную рамку. Благодаря такому соединению полосковых проводников и их нерегулярностям можно сблизить частоты нижайших резонансов так, чтобы они сформировали первую полосу пропускания фильтра. Так, на фрагменте АЧХ (Фиг.2, вставка) самый низкочастотный резонанс возникает за счет полосковых проводников, протяженных вдоль оси y, самый высокочастотный резонанс - за счет протяженных вдоль оси x.

Еще два резонанса, формирующих полосу пропускания, образуются на тех частотах, когда суммарная электрическая длина (набег фазы) полосковых проводников рамки равна 360°. В этом случае по длине всей рамки укладывается одна полная длина волны, что соответствует резонансу бегущей волны, когда электромагнитная волна вынуждена циркулировать по замкнутой траектории прямоугольной рамки. Благодаря нерегулярностям полосковых проводников рамки наблюдаются два таких резонанса. Для одного из них направление циркуляции: - по «часовой стрелке», для другого - против «часовой стрелки».

Существенному увеличению подавления мощности на частотах полос заграждения способствует смежное подключение (на одном уровне по оси y) тракта СВЧ не непосредственно к прямоугольной рамке (кондуктивно), а к одиночным полосковым проводникам, за счет чего возникает одновременно и емкостная, и индуктивная связь этих проводников с проводниками прямоугольной замкнутой рамки. В результате, как видно из Фиг.2, на АЧХ рядом с первой полосой пропускания наблюдаются два полюса затухания СВЧ мощности. Первый полюс располагается рядом с низкочастотным склоном ПП, а второй - рядом с высокочастотным. Происхождение полюсов затухания мощности связано с тем, что на этих частотах емкостная и индуктивная связи входных полосковых проводников с полосковыми проводниками замкнутой прямоугольной рамки взаимно компенсируют друг друга. Кроме того, размеры этих двух одиночных полосковых проводников подобраны так, что их резонансные частоты попадают на частоты второй - паразитной полосы пропускания фильтра, существенно подавляя ее и тем самым увеличивая ширину полосы заграждения заявляемого фильтра.

Фильтр был изготовлен на подложке из традиционного материала СВЧ техники (ФЛАН-2.8) толщиной 2 мм с диэлектрической проницаемостью ε=2.8. Конструктивные параметры прямоугольной рамки были следующими: длина и ширина полосковых проводников, протяженных вдоль оси x (3): 15.8×4.6 мм и 14.4×0.4 мм соответственно. Симметричные полосковые проводники, протяженные вдоль оси y (4) состоят из двух состыкованных отрезков, имеющих ступенчатое изменение ширины. Длина и ширина первого отрезка: 7.4×1.5 мм, второго отрезка: 33.3×0.8 мм. Конструктивные параметры полосковых проводников (5): ширина 0.2 мм, длина 27.5 мм, величина зазора до замкнутой прямоугольной рамки составила: по оси x: 0.5 мм, а по оси y: 0.2 мм. При этом площадь подложки, на которой расположены полосковые проводники, составила 15.8×45.7 мм².

Амплитудно-частотные характеристики прямых потерь (потерь на прохождение S₂₁) заявляемого устройства, снятые в широкой и узкой полосе, показаны на Фиг.2. Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания Δf/f₀≈36%, измеренную по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь, которые составляли величину L_min≈0.3 дБ на центральной частоте полосы пропускания f₀≈1.88 ГГц. Преимуществами такого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра являются наблюдаемые на АЧХ, симметричные относительно полосы пропускания полюса затухания, которые значительно повышают прямоугольность склонов и тем самым улучшают селективные свойства устройства, а также увеличение ширины высокочастотной полосы заграждения за счет подавления второй - паразитной полосы пропускания в предлагаемом фильтре. Кроме того, предлагаемый фильтр имеет низкие потери в первой (рабочей) полосе пропускания по сравнению с прототипом.

Таким образом, предлагаемое устройство не только значительно проще в изготовлении по сравнению с прототипом, но и имеет лучшие частотно-селективные свойства, за счет меньших потерь мощности в полосе пропускания, высокой прямоугольности склонов полосы пропускания и протяженной высокочастотной полосы заграждения.