МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 1995 года по МПК H01P1/203 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и системах спутникового телевидения.

Известен фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран с полуволновой щелью, к которой с одного конца подключена высокоомная реактивная нагрузка, а на другой стороне микрополосковая линия, к которой подключен четвертьволновый разомкнутый микрополосковый шлейф, причем к линии и шлейфу своим ненагруженным концом подключена щель [1]
Известен микрополосковый фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне микрополосковая линия, а также перпендикулярно пересекающий ее полуволновый микрополосковый резонатор с разомкнутыми концами, подключенный к линии на расстоянии одной восьмой длины волны от своего конца, а также объемный диэлектрический резонатор, установленный на область пересечения микрополосковой линии с полуволновым резонатором [2]
Известен микрополосковый фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне последовательно соединенные отрезки микрополосковых линий, к точкам соединения которых подключены одиночные разомкнутые микрополосковые шлейфы [3]
Известен микрополосковый фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне последовательно соединенные отрезки микрополосковых линий, к точкам соединения которых подключены разомкнутые микрополосковые шлейфы, причем к одной и той же точке подключены парные либо одиночные шлейфы, длины шлейфов в каждой паре равны, а шлейфы из одной пары расположены по разные стороны подложки [4]
Известен взятый в качестве прототипа микрополосковый фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне последовательно соединенные отрезки микрополосковых линий, к точкам соединения которых подключены микрополосковые шлейфы, причем микрополосковые шлейфы, подключенные к одной точке, электромагнитно связаны между собой. Отрезки микрополосковых линий связаны посредством емкостных элементов (конденсаторов или зазоров). В каждой группе электромагнитно связанных шлейфов их количество равно двум (т.е. шлейфы сгруппированы попарно), а их длины равны. Шлейфы расположены перпендикулярно отрезкам микрополосковых линий и выполнены короткозамкнутыми с заземлением через край подложки, при этом используется и навесная металлическая пластина-замыкатель [5]
Недостатками указанного устройства являются: во-первых, большая величина затухания сигнала в полосе пропускания (так как сигнал последовательно проходит через несколько емкостных элементов, фиксированная емкость которых не может быть увеличена до величины емкости проходного конденсатора); во-вторых, наличие паразитных полос пропускания в полосе заграждения фильтра, связанных с возникновением паразитных полуволновых резонансов (так как отраженная от конца одного парного шлейфа СВЧ-мощность переотражается в другой парный шлейф, что приводит к возникновению нежелательного полуволнового резонанса между концами шлейфов; в итоге входящие в состав паразитного полуволнового резонатора шлейфы не обеспечивают короткого замыкания в частотной точке паразитного резонанса, что приводит к возникновению нежелательных полос пропускания в полосе заграждения фильтра; кроме того, мощность паразитных колебаний лишь переотражается, а не гасится, поскольку в фильтре нет резистивных элементов); в-третьих, трудность технологической реализации (связанная с наличием навесных элементов (конденсаторов, перемычек) и трудоемкими технологическими операциями их установки, а также обеспечения короткого замыкания шлейфов через край подложки).

Решаемой технической задачей изобретения является, во-первых, уменьшение величины затухания сигнала в полосе пропускания; во-вторых, устранение паразитных полос пропускания в полосе заграждения фильтра, связанных с возникновением паразитных полуволновых резонансов; в-третьих, улучшение технологической реализации устройства.

Решаемая техническая задача достигается за счет того, что в известном микрополосковом фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне последовательно соединенные отрезки микрополосковых линий, к точкам соединения которых подключены микрополосковые шлейфы, причем микрополосковые шлейфы, подключенные к одной точке, электромагнитно связаны между собой, введена непосредственная связь отрезков микрополосковых линий, а зазор между электромагнитно связанными шлейфами заполнен резистивным материалом, причем шлейфы, подключенные к одной и той же точке, могут быть выполнены с разными электрическими длинами, причем к одной и той же точке может быть подключено более двух шлейфов.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты конструкции предложенного микрополоскового фильтра.

Микрополосковый фильтр содержит диэлектрическую подложку 1 (например, подложка толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6), на одной стороне которой расположен проводящий экран (не показан), а на другой стороне последовательно соединенные отрезки 2 микрополосковых линий (например, четвертьволновые отрезки 75-омных микрополосковых линий), к точкам соединения которых подключены микрополосковые шлейфы 3, причем микрополосковые шлейфы, подключенные к одной точке, электромагнитно связаны между собой (например, боковой электромагнитной связью между соседними шлейфами в 6,8 дБ), причем введена непосредственная связь отрезков микрополосковых линий, а зазор (например, шириной 0,1 мм) между электромагнитно связанными шлейфами 3 заполнен резистивным материалом 4 (например, с удельным поверхностным сопротивлением 50 Ом/□ ). Последовательно соединенные отрезки 2 микрополосковых линий включены между плечами 5 и 6. В варианте конструкции (фиг. 1) к точкам соединения подключено, например, по два четвертьволновых разомкнутых шлейфа 3 с четным волновым сопротивлением 100 Ом и шириной полоска 0,45 мм.

В другом варианте конструкции (фиг. 2) к точкам соединения подключено, например, по три разомкнутых шлейфа 3 с четным волновым сопротивлением 100 Ом и шириной полоска 0,45 мм; причем шлейфы 3, подключенные к одной и той же точке, выполнены с разными электрическими длинами (например, равными 85, 100 и 115% длины четвертьволнового отрезка для средней рабочей частоты).

При работе предложенного устройства (фиг. 1 и 2) мощность СВЧ-сигнала (например, со средней рабочей частотой 1,35 ГГц) с частотой из полосы пропускания, поступившая в плечо 5, прошла по последовательно соединенным отрезкам 2 микрополосковых линий в плечо 6. Мощность СВЧ-сигнала с частотой из полосы заграждения, поступившая в плечо 5, не поступила в плечо 6, так как этому препятствовали осуществившие короткое замыкание по данной частоте шлейфы 3. Аналогичная картина произошла и при подаче мощности в плечо 6. Плечи 5 и 6 подключались к 50-омному тракту.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве уменьшена величина затухания сигнала в полосе пропускания. Благодаря непосредственной связи отрезков микрополосковых линий в предложенном устройстве сигнал беспрепятственно проходит со входа на выход, тогда как в прототипе сигнал ослабляется при последовательном прохождении через несколько неоднородностей (емкостных элементов, фиксированная емкость которых не может быть увеличена до величины емкости проходного конденсатора).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранены паразитные полосы пропускания в полосе заграждения фильтра, так как устранены паразитные полуволновые резонансы. В прототипе отраженная от конца одного шлейфа СВЧ-мощность переотражается в другой шлейф, что приводит к возникновению нежелательного полуволнового резонанса между концами подключенных к одной точке шлейфов и к ухудшению заграждения в частотной точке данного резонанса (причем уровень заграждения может ухудшиться вплоть до нуля). В предложенном же устройстве, благодаря наличию резистивного материала, в полуволновой резонатор, образованный двумя шлейфами, включено параллельное активное сопротивление (что эквивалентно включению параллельного резистора в колебательный контур). Участки полуволнового резонатора, возбужденные паразитными колебаниями в противофазе, электрически замкнуты через малое сопротивление резистивного материала в межшлейфной щели, что в результате и подавило паразитные колебания. В то же время на основной (рабочий) тип колебаний резистивный материал не оказывал воздействия, так как в этом случае соседние участки шлейфов по обе стороны щели возбуждены в одинаковой фазе. На практике оказалось достаточно для подавления паразитных резонансов ширину щели 0,1 мм (для слоя резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 50 Ом/□ ).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве улучшена технологическая реализация устройства. Во-первых, в предложенном устройстве нет навесных элементов, тогда как в прототипе с присутствием навесных элементов (конденсаторов, перемычек) связаны трудоемкие технологические операции их установки. Во-вторых, в предложенном устройстве возможна реализация разомкнутых шлейфов, тогда как в прототипе наличие короткозамкнутых шлейфов вызывает необходимость установки короткозамыкателей на краю подложки.

Благодаря тому что в предложенном устройстве (см. фиг. 2) шлейфы, подключенные к одной и той же точке, могут иметь разные электрические длины, ширина полосы заграждения расширяется с ростом разности этих длин, тогда как в прототипе равные длины парных шлейфов делают невозможным расширение полосы указанным способом.

Благодаря тому что в предложенном устройстве (фиг. 2) к одной и той же точке может быть подключено более двух шлейфов (причем опасность паразитных полос пропускания из-за полуволновых резонансов устранена), ширина полосы заграждения расширяется с ростом количества шлейфов, тогда как в прототипе возможно лишь попарное (по два) подключение шлейфов, делающее невозможным расширение полосы указанным способом.

Дополнительным преимуществом предложенного устройства является компактная топология и малые габариты (в связи с уменьшением неиспользуемого пространства между шлейфами). Благодаря электромагнитной связи компактно сгруппированы несколько (два и более) шлейфов. Положение шлейфов на топологии достаточно произвольно и может меняться для удобства изготовления схемы (тогда как в прототипе только перпендикулярное (относительно отрезков линий) расположение шлейфов, привязанных к тому же, к краю подложки).

Кроме того, к преимуществам предложенного устройства относится удобный ортогональный характер геометрии топологии (состоит только из вертикальных и горизонтальных отрезков) и отсутствие навесных компонентов, что соответствует предъявляемым требованиям по программируемому вводу и легко реализуется современными автоматизированными устройствами изготовления фотошаблонов.

Кроме того, к преимуществам предложенного устройства следует отнести то, что предложенное устройство изготавливается в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ интегральной схемы, так как все резистивные участки предложенного устройства имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление и отсутствуют операции, связанные с навесными компонентами.

Использование: техника СВЧ. Сущность изобретения: микрополосковый фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне последовательно соединенные, непосредственно связанные отрезки микрополосковых линий. К точкам соединения отрезков микрополосковых линий подключены микрополосковые шлейфы. Микрополосковые шлейфы, подключенные к одной точке, электромагнитно связаны между собой. Зазор между электромагнитно связанными шлейфами заполнен резистивным материалом. Шлейфы, подключенные к одной и той же точке, могут быть выполнены с разными электрическими длинами. К одной и той же точке может быть подключено более двух шлейфов. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне - последовательно соединенные отрезки микрополосковых линий, к точкам соединения которых подключены микроволновые шлейфы, причем микрополосковые шлейфы, подключенные к одной точке, электромагнитно связаны между собой, отличающийся тем, что введена непосредственная связь отрезков микрополосковых линий, а зазор между электромагнитно связанными шлейфами заполнен резистивным материалом. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что шлейфы, подключенные к одной и той же точке, выполнены с разными электрическими длинами. 3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что к одной и той же точке подключено более двух шлейфов.