Результат интеллектуальной деятельности: СВЧ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ

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

Известен микрополосковый фильтр верхних частот (Патент на полезную модель РФ №154063, Н01Р 1/203, Н01Р 1/205), содержащий диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен прямоугольный полосковый металлический проводник, который одним своим широким краем соединен с экраном, а внешние линии передачи подключены к его узким краям с противоположных сторон.

Фильтр выполнен на подложке с диэлектрической проницаемостью ε=80 и толщиной 1 мм; подложка размещена в металлическом корпусе-экране, при этом высота верхней стенки экрана над поверхностью подложки составляет 5 мм. Внутренние размеры корпуса - 27×5×6 мм³. Частота среза микрополоскового фильтра верхних частот (Фиг. 4) ~2.6 ГГц, до частоты 7 ГГц на его амплитудно-частотной характеристике наблюдается полоса пропускания.

Недостатком описанного микрополоскового фильтра верхних частот является недостаточно широкая полоса пропускания и низкая крутизна склона частотной характеристики, а также низкая технологичность.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр верхних частот (Патент на изобретение РФ №2670366, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен полосковый металлический проводник отрезки которого свернуты в форме «шпильки» вдоль оси симметрии и в центральной части соединены с заземляемым основанием, через перпендикулярно состыкованный протяженный отрезок полоскового проводника. Рост крутизны склона частотной характеристики фильтра осуществляется наращиванием числа n полосковых проводников, состыкованных друг с другом в виде меандровой линии, где n=2, 3, 4…

Фильтр n=3 (Фиг. 3) выполнен на подложке из керамики ТБНС с диэлектрической проницаемостью ε=80. В конструкции была использована подложка размерами 12.32×7.44×1.00 мм³. Частота среза (Фиг. 4) фильтра ƒ_с=2 ГГц, полоса пропускания фильтра, сформированная 11 резонансами, наблюдается на амплитудно-частотной характеристике до 7.9 ГГц.

Недостатком описанного микрополоскового фильтра верхних частот является недостаточно широкая полоса пропускания, относительно пологий склон частотной характеристики, а также относительно слабое подавление мощности на частотах полосы заграждения

Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в СВЧ фильтре верхних частот, содержащем диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположены отрезки полоскового проводника, свернутые в форме «шпильки», соединенные с заземляемым основанием, через перпендикулярно состыкованный протяженный отрезок полоскового проводника, согласно техническому решению, на диэлектрической подложке размещен свернутый П-образно полосковый проводник, по обе стороны от которого расположены по паре отрезков сонаправленных полосковых проводников, соединенных между собой коротким отрезком, , а электромагнитное взаимодействие трех резонаторов приводит к возникновению полюса затухания мощности на амплитудно-частотной характеристике.

Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств конструкции, в частности расширение полосы пропускания конструкции, рост крутизны склона ее частотной характеристики, а также увеличение подавления мощности на частотах полосы заграждения, за счет заявляемого расположения на диэлектрической подложке полосковых проводников.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство СВЧ фильтра верхних частот, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика (S₂₁, S₁₁).

Заявляемый СВЧ фильтр верхних частот (Фиг. 1), содержит диэлектрическую подложку (1), одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположены свернутый П-образно полосковый проводник с тремя протяженными (длина в несколько раз больше ширины) отрезками (11) и (12), по обе стороны от которого расположены свернутые в форме «шпильки» отрезки полоскового проводника (2)-(4) и (7)-(9), причем отрезки (2), (4), (7), (9) являются протяженными, а отрезки (3) и (8) - практически квадратными. При этом, все отрезки, свернутые в форме «шпильки», соединены с заземляемым основанием через перпендикулярно состыкованный протяженный отрезок полоскового проводника (5) или (10). В каждой паре сонаправленных проводников, расположенных как слева от свернутого П-образно полоскового проводника, так и справа, отрезки полоскового проводника (2)-(5) и (6)-(10) соединены между собой коротким отрезком полоскового проводника (6), длина которого должна быть больше его ширины.

Разберем принцип действия СВЧ фильтра верхних частот. Расположенные (Фиг. 1) на диэлектрической подложке (1), свернутые полосковые проводники, при подаче на вход (13) конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию трех микрополосковых многомодовых резонаторов. Пять нижайших мод колебаний, как от входного, так и выходного резонатора с отрезками (2)-(10) полоскового проводника участвуют в формировании полосы пропускания фильтра. От резонатора со свернутым П-образно полосковым проводником, образованным отрезками (11)-(12), в формировании полосы пропускания фильтра участвуют две нижайших моды колебаний. Таким образом, порядок СВЧ фильтра верхних частот - двенадцатый.

Варьируя длину и ширину отрезков (2)-(12) полосковых проводников трех резонаторов, зазоры между их отрезками (9) и (11), а также вертикальное смещение проводников смежных резонаторов относительно друг друга, можно корректировать их собственные частоты, что позволяет настроить полосу пропускания заявляемого СВЧ фильтра верхних частот с максимально допустимым уровнем потерь на отражение в ней S₁₁≤-14 дБ.

Пример выполнения СВЧ фильтра верхних частот (Фиг. 1). В конструкции была использована подложка размерами 18.35×13.80×1.00 мм³ с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 (СВЧ материал - поликор). Отступы от краев подложки до отрезков (2) и (12) равны толщине подложки h=1 мм. Частота среза заявляемого фильтра (кривые 1 на Фиг. 2), также как частота среза фильтра-прототипа (кривая 2 на Фиг. 2) зафиксирована ƒ_c=2.00 ГГц. Полоса пропускания заявляемого фильтра, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь на ее частотах L_min=0.35 дБ, находится в частотном диапазоне 2.00-8.14 ГГц, а полоса пропускания фильтра-прототипа, измеренная аналогично - в частотном диапазоне 2.00-7.97 ГГц, т.е. имеет меньшую протяженность. Кроме того, по сравнению с фильтром-прототипом заявляемый фильтр за счет полюсы затухания мощности на амплитудно-частотной характеристике имеет более крутой склон частотной характеристики, также более сильное подавление мощности в полосе заграждения.

Конструктивные параметры фильтра, а в частности длина и ширина отрезков проводников - (2): 5.10×1.21 мм², (3): 0.70×0.68 мм², (4): 5.20×1.14 мм², (5): 4.50×0.30 мм², (6): 1.22×0.40 мм², (7): 5.20×0.92 мм², (8): 0.74×0.70 мм², (9): 6.70×0.18 мм², (10): 4.50×0.78 мм², (11): 7.30×0.21 мм², (12): 3.69×0.50 мм². Зазоры между отрезками (9) и (11) полосковых проводников - 0.03 мм, расстояние между отрезками (5) и (10) - 4.26 мм.

Таким образом, заявляемый СВЧ фильтр верхних частот обладает более лучшими частотно-селективными свойствами: имеет более крутой склон частотной характеристики, большее подавление мощности в полосе заграждения, а также более широкую полосу пропускания.