СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 1995 года по МПК H01P1/203 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве автономных узлов в СВЧ-трактах, осуществляющих частотную селекцию сигналов.

Известен СВЧ фильтр (см. Аристархов Г.М. Вершинин Ю.П. Анализ фильтров на связанных линиях с неравными фазовыми скоростями. Р.и Э. 1983, т. 28, в. 9, с. 1714-1724), содержащий параллельно связанные регулярные отрезки линий передачи, разомкнутые с одного конца, причем отрезки связанных линий передачи имеют неравные фазовые скорости.

Недостатком фильтра является сложность практической реализации необходимого соотношения фазовых скоростей в отрезках связи, а также наличие паразитных полос прозрачности.

Известен также полосно-пропускающий фильтр (патент США N 4455540, НКИ 333/202), содержащий N линейных разомкнутых на концах П-образных резонаторов, в котором для расширения полосы заграждения используются p (0 < p≅ N + 1) вспомогательных линейных резонаторов, настроенных на подаваемую частоту и подключенных к резонаторам в точке, расположенной вблизи середины резонатора.

Недостатком данного фильтра является низкая избирательность, так как используемые регулярные шлейфы из-за эквидистантности спектра собственных частот могут подавлять только частоты, близкие к удвоенному значению центральной частоты полосы пропускания, в противном случае увеличивается уровень потерь устройства в полосе пропускания.

Известен полосковый фильтр, содержащий электромагнитно связанные четвертьволновые отрезки первичной и вторичной линий передачи, замкнутые на конце, к которым подключены входной и выходной проводники, а область связи выполнена ступенчато-нерегулярной так, что коэффициент связи монотонно увеличивается к центру структуры [1]
Недостатки такого фильтра состоят в низкой избирательности, которая не может быть увеличена путем наращивания количества звеньев из-за возникновения паразитных полос пропускания и трудности технической реализации большого коэффициента связи.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является полосно-пропускающий фильтр с параллельно связанными полуволновыми отрезками микрополосковых линий (резонаторов), разомкнутых на обоих концах и расположенных параллельно друг к другу со сдвигом на четверть длины волны [2]
Недостатками этого фильтра являются невозможность реализации высокой крутизны АЧХ и наличие паразитных полос прозрачности в области удвоенной центральной частоты.

Цель изобретения повышение избирательности полосно-пропускающего фильтра при расширении полосы пропускания.

Это достигается тем, что сверхвысокочастотный фильтр содержит электромагнитно связанные отрезки микрополосковых линий, разомкнутые на обоих концах и расположенные параллельно друг другу со сдвигом на четверть длины волны, к крайним из которых подключены входная и выходная линии, причем расстояние между отрезками выполнено постоянным на длине области связи, по крайней мере пара смежных отрезков микрополосковых линий на длине общей области связи выполнена нерегулярной с шириной токонесущих проводников, уменьшающейся от краев области связи к центру.

Известно, что избирательность фильтров может быть повышена путем подключения дополнительных элементов, например фильтрующих звеньев, шлейфных резонаторов и т.д. В предлагаемой заявке путь повышения избирательности иной имеющиеся проводники выполнены нерегулярными, что не связано с подключением дополнительных элементов.

На фиг. 1 показан внешний вид устройства; на фиг. 2 амплитудно-частотная характеристика предложенного устройства; на фиг. 3 амплитудно-частотная характеристика предложенного устройства с изменением конфигурации проводников.

Устройство представляет собой отрезки связанных линий 1 и 2, разомкнутые на концах и расположенные параллельно друг другу со сдвигами на четверть длины волны. К крайним подключены входная 3 и выходная 4 линии, причем расстояние между отрезками выполнено постоянным на длине области связи, а ширина токонесущих проводников уменьшается от краев области связи к центру.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал на рабочей частоте поступает в устройство через входную линию 3, полностью перекачивается через отрезки связанных линий 1 и 2 в выходную линию 4. Сигналы других частот фильтром отражаются и в выходную линию не поступают. Использование нерегулярных проводников с конфигурацией, определенной формулой изобретения, приводит к перемещению второго полюса затухания вниз по оси частот, кроме того, одновременно с этим расширяется полоса пропускания, что ведет к значительному уменьшению коэффициента прямоугольности и повышению избирательности.

Примеры конкретного выполнения.

1. Представлена АЧХ предложенного устройства (кривая 1) для случая, когда волновое сопротивление в центре в два раза больше, чем на конце линии, коэффициент связи равен 0,5 по всей длине участка связи. Кривая 2 соответствует АЧХ прототипа, когда в качестве четвертьволновых связанных линий используются регулярные линии.

2. Построены (см. фиг. 3) АЧХ предложенного устройства (кривая 1) и устройств, в которых кроме ширины токонесущих проводников меняется также и расстояние между ними (кривая 2 соответствует уменьшению зазора от краев к центру области связи, а кривая 3 увеличению). Путем численного эксперимента также установлено, что увеличение ширины проводников от краев области связи к центру приводит к ухудшению избирательности, так как сужается полоса пропускания и второй полюс смещается в область высоких частот.

В таблице сравниваются характеристики предложенного устройства, прототипа и устройств с неоптимальным изменением конфигурации проводников.

Таким образом, наличие в предложенном устройстве по крайней мере пары смежных отрезков микрополосковых линий, выполненных на длине общей области связи нерегулярными с шириной токонесущих проводников, уменьшающейся от краев области связи к центру, позволяет повысить избирательность фильтра и расширить полосу пропускания.

Использование: техника СВЧ для частотной селекции сигналов. Сущность изобретения: сверхвысокочастотный фильтр содержит электромагнитно связанные отрезки микрополосковых линий, разомкнутые на концах. Отрезки микрополосковых линий расположены параллельно один другому со сдвигом на четверть длины волны. Расстояние между отрезками микрополосковых линий на длине области связи постоянно, а ширина токонесущих проводников уменьшается от краев области связи к центру. 3 ил. 1 табл.

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий электромагнитно связанные отрезки микрополосковых линий, разомкнутые на обоих концах, расположенные параллельно один другому со сдвигом на четверть длины волны и к крайним из которых подключены входная и выходная линии соответственно, причем расстояние между отрезками микрополосковых линий на длине области связи выполнено постоянным, отличающийся тем, что по крайней мере пара смежных отрезков микрополосковых линий на длине общей области связи выполнена нерегулярной с шириной токонесущих проводников, уменьшающейся от краев области связи к центру.