МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

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

Известен широкополосный полосно-пропускающий фильтр, содержащий 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 (Патент РФ №2182738, Н01Р 1/203, Н01Р 1/205). Полосковые проводники выполнены в виде встречно направленных шпилечных резонаторов, а широкий отрезок полоскового проводника своим концом соединен с экраном. Полосно-пропускающий фильтр из двух резонаторов имеет четыре рабочих типа колебаний (по два в каждом резонаторе) и соответственно амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) четырехзвенного фильтра.

Недостатком описанного широкополосного полосно-пропускающего фильтра является его недостаточно высокая селективность: отсутствие вблизи границ полосы пропускания полюсов затухания для усиления подавления мощности электромагнитных волн на этих частотах; слабое подавление мощности электромагнитных волн в низкочастотной и высокочастотной полосах заграждения, а также узкая высокочастотная полоса заграждения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены соединенные в замкнутую прямоугольную рамку два полосковых проводника, имеющих разную ширину, и два полосковых проводника, имеющих ступенчатое изменение ширины. На этой же стороне подложки параллельно длинным сторонам прямоугольной рамки нанесены полосковые проводники, электромагнитно связанные с замкнутой прямоугольной рамкой. Многомодовый режим работы микрополоскового резонатора осуществляется за счет особой формы проводников, конструктивно представляющих собой замкнутую прямоугольную рамку (Патент РФ №2475900, Н01Р 1/00, Н03Н 9/46). Благодаря такому соединению полосковых проводников и их нерегулярностям можно сблизить частоты нижайших резонансов так, чтобы они сформировали первую полосу пропускания фильтра. Еще два резонанса, формирующих полосу пропускания, образуются на тех частотах, где суммарная электрическая длина (набег фазы) полосковых проводников рамки равна 360°.

К недостаткам прототипа относятся узкая рабочая полоса пропускания и недостаточно высокая селективность вследствие слабого подавления мощности электромагнитных волн в низкочастотной и высокочастотной полосах заграждения.

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

Указанная задача решается благодаря тому, что в микрополосковом широкополосном полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены полосковые проводники, согласно техническому решению, один из полосковых проводников, обладающий осевой симметрией, выполнен в виде нерегулярного меандра, причем, вдоль его длинных сторон, параллельно нанесены заземляемые на основание с внешней стороны свободных концов меандра протяженные одиночные полосковые проводники, обладающие осевой симметрией, связанные электромагнитно как с нерегулярным меандром, так и с крайними, одиночными протяженными полосковыми проводниками, также обладающими осевой симметрией, отличающиеся от последних длиной и шириной.

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

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

Заявляемый микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (Фиг.1) содержит диэлектрическую подложку 1, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание 2, а на вторую нанесены обладающие осевой симметрией полосковые проводники: проводник, свернутый в виде нерегулярного меандра, состоящий из четырех отличных по длине и ширине протяженных (длина отрезков проводников в несколько раз превосходит их ширину) отрезков полосковых проводников 3, 4 и соединяющих их трех отличных по длине и ширине коротких отрезков полосковых проводников 5, 6, также параллельно длинной внешней стороне меандра нанесены заземляемые на основание 2 со стороны свободных концов меандра одиночные протяженные полосковые проводники 7, электромагнитно связанные как с нерегулярным меандром, так и с одиночными крайними (к которым подключается тракт СВЧ) протяженными полосковыми проводниками 8.

Принцип действия микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра заключается в следующем. Нерегулярный меандр 3-6 представляет собой соединенные отрезки полосковых проводников различной длины и ширины и является резонатором, который имеет четыре моды колебаний, резонансные частоты которых близки и участвуют в формировании рабочей полосы пропускания. Полосу пропускания формируют также четвертьволновые резонансы одиночных полосковых проводников 7, заземленных на основание 2, и крайних полосковых проводников 8.

В результате конструктивных особенностей используемых полосковых проводников существенно расширяется рабочая полоса пропускания фильтра, которая формируется всеми восемью резонансами (Фиг.2), а также увеличивается затухание электромагнитных волн на частотах низкочастотной и высокочастотной полос заграждения.

Существенному увеличению подавления мощности на частотах полос заграждения способствует смежное подключение тракта СВЧ к крайним полосковым проводникам, за счет чего возникает одновременно и емкостная, и индуктивная связь этих проводников с другими проводниками фильтра. В результате, как видно из рисунка Фиг.2, на АЧХ рядом с рабочей (первой) полосой пропускания наблюдаются по два полюса затухания СВЧ мощности как около низкочастотного, так и около высокочастотного склонов рабочей полосы пропускания. Происхождение полюсов затухания мощности связано с тем, что на этих частотах емкостная и индуктивная связи входных полосковых проводников с остальными полосковыми проводниками взаимно компенсируют друг друга.

Пример выполнения: фильтр был изготовлен на подложке из традиционного материала СВЧ техники (ФЛАН-2.8) толщиной 2 мм с диэлектрической проницаемостью ε=2.8. Конструктивные параметры фильтра были следующими: длина и ширина крайних полосковых проводников (8), смещенных от нижнего края подложки на 2.2 мм: 42.7×1.0 мм, соответственно. Длина и ширина одиночных протяженных узких проводников (7) - 37.2×0.7 мм, зазор до крайних проводников - 0.2 мм, до полосковых отрезков нерегулярного меандра (3) - 0.4 мм. Смещение этих отрезков (5) от нижнего края подложки - 4.0 мм, а их длина и ширина - 48,2 и 0.3 мм, соответственно. Длина и ширина широких коротких полосковых отрезков нерегулярного меандра (5 и 6) - 7.9×10.6 мм и 0.2×12,7 мм, соответственно, а узких протяженных полосковых отрезков (4) - 48.1×6.7 мм. Длина и ширина прорези между ними - 35.5×0.2 мм, соответственно. Отрезки проводников (8, 7, 3, 4) электромагнитно связаны друг с другом не по всей длине. Площадь подложки, на которой расположены все полосковые проводники, составила 54.1×38.6 мм².

Амплитудно-частотные характеристики прямых и обратных потерь (потерь на прохождение S₂₁ и на отражение S₁₁) заявляемого фильтра, снятые в широкой полосе частот, показаны на Фиг.2. Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания Δf/f₀≈83.6%, измеренную по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь, которые составляли величину L_min≈0.8 дБ на центральной частоте полосы пропускания f₀≈1.34 ГГц. Преимуществами такого микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра являются наблюдаемые на АЧХ, расположенные рядом с рабочей полосой пропускания четыре полюса затухания, которые повышают прямоугольность ее склонов и значительно увеличивают затухание СВЧ мощности в полосах заграждения, тем самым улучшая селективные свойства устройства.

Таким образом, заявляемое устройство имеет более широкую рабочую полосу пропускания, а также за счет наличия вблизи полосы пропускания полюсов затухания, лучшие частотно-селективные свойства, проявляющиеся в более сильном подавлении мощности электромагнитных волн на частотах низкочастотной и высокочастотной полос заграждения.