Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

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

Известна конструкция полосно-пропускающего фильтра [Патент РФ №2237320, МПК7 Н01Р 1/203, опубл. 27.09.2004, Бюл. №27]. Фильтр содержит подвешенную диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые на экран с одного торца подложки полосковые проводники, а на вторую сторону подложки вместо заземляемого основания также нанесены короткозамкнутые на экран с другого торца подложки полосковые проводники. Фильтр такой конструкции имеет значительно меньшую длину полосковых проводников по сравнению с микрополосковыми, а значит, и меньшие размеры подложки. Это позволяет конструировать полосковые фильтры на более низкие частоты. Кроме того, добротность резонаторов здесь существенно больше, чем у микрополосковых резонаторов.

Недостатком конструкции является тот факт, что на его амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) полюса затухания либо отсутствуют, либо находятся относительно далеко от полосы пропускания, поэтому крутизна склонов полосы пропускания устройства (селективность) сравнительно невелика.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является конструкция микрополоскового полосно-пропускающего фильтра [Патент CN №105470606 А, Н01Р 1/203, опубл. 06.04.2016 (Прототип)]. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены полосковые проводники резонаторов, а вторая сторона металлизирована и является заземляемым основанием. Между полосковыми проводниками резонаторов размещены дополнительные полосковые проводники. Фильтр обладает лучшей селективностью по сравнению с первым аналогом за счет расположенных вблизи полосы пропускания с обеих ее сторон полюсов затухания.

Недостатками как первого, так и второго аналога являются, во-первых, большой уровень вносимых потерь в полосе пропускания, во-вторых, практическая сложность реализации симметричного расположения полюсов затухания относительно центра полосы пропускания, и в-третьих, на основе таких конструкций практически невозможно реализовать широкополосные фильтры (с относительной шириной полосы пропускания более 50%).

Техническим результатом изобретения является повышение селективности путем симметричного расположения полюсов затухания относительно центра полосы пропускания фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что в полосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на которую нанесены полосковые проводники резонаторов, один из которых имеет П-образные полосковые проводники, а между двумя соседними к нему резонаторами расположены дополнительные полосковые проводники, новым является то, что фильтр выполнен с возможностью регулирования величины емкостного и индуктивного взаимодействия резонаторов, изменения частоты нулей коэффициента передачи, при этом нули расположены симметрично относительно центра полосы пропускания фильтра.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, в фильтр выполнен с возможностью регулирования величины дополнительной емкостной и дополнительной индуктивной связи, что позволяет изменять частоты нулей коэффициента передачи на АЧХ и обеспечивать симметричное их расположение относительно центра полосы пропускания фильтра.

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 с помощью следующих графических материалов. На Фиг. 1 представлена конструкция заявляемого полоскового фильтра пятого порядка. На Фиг. 2 изображена рассчитанная амплитудно-частотная характеристика заявляемого фильтра.

Заявляемое устройство (Фиг. 1) содержит подвешенную между экранами 1 диэлектрическую подложку 2, на обе поверхности которой нанесены полосковые металлические проводники 3-8, которые соединены (заземлены) с экранами, за исключением проводника 6, и электромагнитно связанные между собой. Экраны представляют собой противоположные внутренние стороны металлического корпуса. Пара полосковых проводников, располагающихся на разных поверхностях подложки, образует полосковый резонатор, при этом проводники резонатора могут быть, например, прямоугольными идентичными по форме и располагаться строго друг над другом 3, причем проводники, образующие резонатор, соединяются с корпусом на противоположных сторонах подложки. Один из резонаторов, например, средний в отличие от остальных имеет П-образную форму проводников 8, а между соседствующими к нему резонаторами расположены дополнительные полосковые проводники 4 и 6, создающие перекрестную емкостную связь, а также дополнительный полосковый проводник 7, создающий перекрестную индуктивную связь.

Фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам 3 резонаторов как показано на Фиг. 1. Расстояние от заземленных концов полосковых проводников резонаторов до точек подключения внешних линий передачи определяется заданным 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. За счет введения дополнительных проводников 4, 6 и 7 создаются параллельные каналы прохождения электромагнитной волны. В результате интерференции сигнала, распространяющегося через связанные резонаторы (т.е. по основному каналу), и сигнала, распространяющегося через дополнительные каналы, на определенных частотах возникает их противофазное сложение, приводящее к образованию нулей коэффициентов передачи (полюсов затухания) на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра.

Как известно, селективность фильтра определяется в первую очередь крутизной склонов амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) полосы пропускания. Для увеличения крутизны наиболее эффективным является формирование вблизи полосы пропускания нулей коэффициентов передачи (полюсов затухания). Главным недостатком известных подходов является то, что изменение положения полюсов затухания на АЧХ фильтра требует существенной корректировки связей его резонаторов, которые определяют требуемую ширину полосы пропускания. Поэтому размещение полюсов затухания на заданных частотах при заданных параметрах полосы пропускания представляет достаточно сложную техническую задачу, в некоторых случаях практически неразрешимую. Кроме того, наряду с высокой крутизной склонов часто требуется обеспечить их симметричность относительно центра полосы пропускания, что особенно трудно реализовать в случае широкополосных фильтров.

Заявляемый технический результат достигается следующим образом. Известно, что нули коэффициента передачи на АЧХ электромагнитно связанных резонаторов являются точками компенсации частотно-зависимых коэффициентов емкостной и индуктивной связи. В заявляемой конструкции фильтра благодаря наличию дополнительных полосковых проводников 4, 6 и 7 удается независимо регулировать величину емкостного и индуктивного взаимодействия резонаторов. Это позволяет не только изменять частоты нулей коэффициента передачи в широком интервале значений, но добиться их симметричного расположения относительно центра полосы пропускания фильтра. Важно отметить, что применение в заявляемой конструкции фильтра двухпроводниковых резонаторов уменьшает габариты и снижает вносимое затухание в полосе пропускания по сравнению с фильтром-прототипом при прочих равных условиях.

На Фиг 2 приведены рассчитанные в программе электродинамического моделирования частотные зависимости вносимых потерь для пятирезонаторного фильтра (сплошная линия 1) заявляемой конструкции. Фильтр выполнены на подвешенной диэлектрической подложке толщиной 0.5 мм, имеющей относительную диэлектрическую проницаемость ε=80. Расстояние сверху и снизу от металлического корпуса до поверхности подложки составляет 2.4 мм. Ширина полосковых проводников резонаторов составляет 0.8 мм. Центральная частота полосы пропускания ƒ₀=850 МГц при относительной ширине полосы пропускания Δƒ/ƒ₀=6%, измеренной по уровню - 1дБ.

Из представленной АЧХ видно, заявляемая конструкция фильтра имеет более высокую крутизну и симметричность склонов АЧХ по сравнению с фильтром-прототипом, что подтверждает заявляемый технический результат. Кроме того, заявляемый фильтр имеет малую величину минимальных вносимых потерь в полосе пропускания L_min=2 дБ.

Таким образом, заявляемая конструкция полоскового полосно-пропускающего фильтра позволяет реализовывать на ее основе высокоселективные устройства с малым уровнем вносимого затухания в полосе пропускания.