Результат интеллектуальной деятельности: ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

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

Известен микрополосковый 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, состоящих из отрезков регулярных микрополосковых линий различной ширины, и электромагнитно связанных между собой, полосковые проводники выполнены в виде встречно направленных шпилечных резонаторов, и широкий отрезок полоскового проводника своим концом соединен с экраном (Патент РФ №2182738, Н01Р 1/203, Н01Р 1/205).

В таком фильтре, благодаря тому что шпилечные микрополосковые резонаторы образованы отрезками регулярных микрополосковых линий, имеющих различную ширину, и благодаря заземлению конца широкого участка полоскового проводника, происходит сближение резонансных частот первой и второй моды колебаний в каждом микрополосковом резонаторе. В результате в фильтре из (2+N) резонаторов в формировании амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) участвуют 2(2+N) рабочих колебаний. Например, фильтр из двух резонаторов имеет четыре рабочих типа колебаний и соответственно АЧХ четырехзвенного фильтра.

Недостатком описанного фильтра является то, что каждый его резонатор имеет всего две рабочие моды колебаний, а на АЧХ не наблюдается полюсов затухания, повышающих ее прямоугольность.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является 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, 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.

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

Указанная задача достигается тем, что в широкополосном полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую нанесен полосковый проводник, частично расщепленный с одного конца, согласно техническому решению проводник, обладающий осевой симметрией, расщеплен широкой, а затем узкой продольными прорезями с длинами от 12% до 36% и от 14% до 41% длины проводника соответственно. За счет этого увеличивается число рабочих мод колебаний, формирующих полосу пропускания до шести. Еще четыре рабочие моды колебаний имеют нанесенные параллельно с обеих сторон, вдоль длинной стороны проводника, проводники связи, свернутые, например, П-образно.

Техническим результатом изобретения является повышение частотно-селективных свойств и расширение относительной полосы пропускания широкополосного полосно-пропускающего фильтра за счет заявляемого расположения на диэлектрической подложке расщепленного двумя прорезями полоскового проводника, являющегося многомодовым резонатором, и крайних свернутых, например, П-образно проводников связи, представляющих собой двухмодовые резонаторы.

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

Заявляемый, состоящий из трех резонаторов, широкополосный полосно-пропускающий фильтр (Фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку (7), на одну сторону которой нанесено заземляемое основание (2), а на вторую нанесен дважды расщепленный прорезями (4) и (5) с одного конца протяженный полосковый проводник (5), параллельно длинной стороне которого, на некотором расстоянии от него с обеих сторон нанесены свернутые, например, П-образно проводники связи, состоящие из нерегулярных соединенных между собой полосковых отрезков (6, 7, 8), к которым подключается тракт СВЧ.

Разберем принцип действия заявляемого широкополосного полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 1). Его полосу пропускания (Фиг. 2) формируют шесть резонансов от многомодового дважды расщепленного резонатора - две низкочастотные моды колебаний, когда на смежных полосковых отрезках, расщепленных прорезями (4) и (5), высокочастотные токи текут в одном направлении и продолжают течь на нерасщепленном отрезке проводника (3), а также когда токи на противоположных расщепленных отрезках текут в противоположных направлениях и отсутствуют на нерасщепленном отрезке. Благодаря расширенной первой прорези (4) у полоскового проводника (3) и наличию второй узкой прорези (5) удается сблизить частоты еще четырех высших мод колебаний многомодового резонатора как, чтобы они также участвовали в формировании полосы пропускания. Также полосу пропускания фильтра формируют первые две низшие моды колебаний от каждого проводника связи (6, 7, 8). Поэтому общее количество резонансов - десять (Фиг. 2). Использование индуктивно-емкостной связи между резонаторами существенно увеличивает подавление мощности в низкочастотной и расширенной высокочастотной полосах заграждения, а благодаря полюсам затухания, расположенным рядом со склонами расширенной полосы пропускания, крутизна последней значительно возрастает.

Размеры дважды расщепленного проводника и проводников связи должны быть подобраны таким образом, чтобы их сближенные резонансы одновременно участвовали в формировании полосы пропускания, при этом понижение и повышение частот в основном осуществляется увеличением и сокращением длины проводников, а также размеров прорезей. Проводники связи, имеющие, например, П-образную форму, могут иметь и более сложный вид - большее число сворачиваний таких проводников с увеличением мод колебаний, формирующих полосу пропускания. Расширение и сужение полосы пропускания происходит за счет варьирования зазора между проводниками. Изменение ширины проводников и прорезей одновременно с изменением длины отрезка проводника (7) позволяет регулировать уровень обратных потерь в полосе пропускания. Значительное уменьшение и увеличение длины широкой и (или) узкой продольных прорезей приводит к значительному ухудшению частотно-селективных свойств широкополосного фильтра. Поэтому длина широкой прорези варьируется в пределах от 12% до 36% длины проводника, а длина узкой прорези - от 14% до 41% длины проводника.

Пример выполнения широкополосного полосно-пропускающего фильтра.

Была использована подложка площадью 34.20×17.55 мм² из традиционного материала СВЧ техники (керамика ТБНС) толщиной h=1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью ε_r=80. Отступы от краев подложки до отрезка проводника (8) равны толщине подложки h. Конструктивные параметры заявляемого фильтра (Фиг. 1): длина и ширина проводника (3): 30.00×7.55 мм² соответственно; площадь, занимаемая прорезью (4): 8.60×7.35 мм², прорезью (5): 7.20×0.05 мм²; длина и ширина отрезков проводников связи (6, 7, 8): 11.60×0.15 мм², 3.55×0.70 мм², 7.90×0.20 мм² соответственно.

АЧХ прямых и обратных потерь заявляемого широкополосного полосно-пропускающего фильтра, снятые в широкой полосе частот, показаны на Фиг. 2. При этом видно, что полосу пропускания с центральной частотой f₀≈1.3 ГГц и относительной шириной Δf/f₀≈86%, измеренной по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь (L_min≈0.67 дБ), формируют девять резонансов. При этом предпоследний высокочастотный резонанс в полосе пропускания является вырожденным. Однако высокая прямоугольность АЧХ фильтра обусловлена не только большим числом рабочих мод колебаний, но и еще полюсами затухания, близко расположенными рядом с обоими склонами полосы пропускания. Также полюса затухания усиливают подавление мощности на частотах расширенной высокочастотной полосы заграждения. Отметим, что относительная ширина полосы пропускания широкополосного полосно-пропускающего фильтра шире более чем в два раза, чем у фильтров, заявленных в прототипе (Патент РФ №2480867, Н01Р 1/203).

Таким образом, заявляемое устройство широкополосного полосно-пропускающего фильтра обладает более высокими частотно-селективных свойствами и значительно расширенной относительной полосой пропускания за счет увеличения числа рабочих мод колебаний дважды расщепленного проводника и его расположения относительно проводников связи.