МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ Российский патент 2018 года по МПК H01P1/203 

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

Известен полосковый широкополосный фильтр верхних частот диапазона СВЧ (Полезная модель РФ №142052, Н01Р 1/205), выполненный на диэлектрической подложке, на нижнем основании которой нанесен экранный проводник и содержащий три последовательно включенных емкостных элемента, реализованных в виде тонкопленочных конденсаторов, и два параллельно включенных индуктивных элемента. Диэлектрическая подложка выполнена трехслойной, при этом на верхнем слое расположены входные и выходные микрополосковые подводящие линии, последовательно включенные емкостные элементы в виде тонкопленочных конденсаторов, параллельно включенные индуктивные элементы, реализованные в виде прямоугольных стековых спиралей, расположены на верхнем и втором внутреннем слое и соединены с экранным проводником на нижнем основании подложки через металлизированные отверстия. Частота среза полоскового широкополосного фильтра верхних частот диапазона СВЧ (Фиг. 3) - ƒ_c~1.2 ГГц.

Недостатком описанного полоскового широкополосного фильтра верхних частот диапазона СВЧ является использование в конструкции сосредоточенных элементов, что обуславливает его низкую технологичность, а также с ростом частоты среза фильтра их габариты уменьшаются настолько, что изготовление последних становится невозможным.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр верхних частот (Полезная 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, низкая технологичность и малая миниатюрность фильтра, вследствии использования в конструкции металлического корпуса-экрана. Также у такого фильтра нет возможностей для существенного наращивания крутизны спада частотной характеристики.

Задачей изобретения является расширение полосы пропускания микрополоскового фильтра верхних частот, улучшение его частотно-селективных свойств, а также уменьшение размеров и повышение технологичности изготовления конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом фильтре верхних частот, содержащем диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен полосковый металлический проводник, согласно техническому решению, отрезки полоскового проводника свернуты в форме «шпильки» вдоль оси симметрии и в центральной части соединены с заземляемым основанием, через перпендикулярно состыкованный протяженный отрезок полоскового проводника. В этом случае увеличивается взаимодействие между модами колебаний, что позволяет сформировать широкую полосу пропускания фильтра, используя семь резонансов конструкции. Улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового фильтра верхних частот, а в частности рост крутизны спада частотной характеристики, осуществляется наращиванием числа n полосковых проводников, состыкованных друг с другом в виде меандровой линии, где n=2, 3, 4…, что также сопровождается увеличением числа резонансов, формирующих полосу пропускания фильтра на 2(n-1).

Техническим результатом изобретения является расширение полосы пропускания микрополоскового фильтра верхних частот, за счет заявляемого расположения на диэлектрической подложке полоскового проводника, а также улучшение его частотно-селективных свойств, в частности рост крутизны спада частотной характеристики, благодаря наращиванию числа n полосковых проводников, повышение миниатюрности и технологичности изготовления конструкции за счет отсутствия в ней металлического корпуса-экрана.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство микрополоскового фильтра верхних частот, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика (S₂₁, S₁₁) - Фиг. 3 - устройство микрополоскового фильтра верхних частот (n=3), Фиг. 4 - его амплитудно-частотная характеристика (S₂₁, S₁₁).

Заявляемый микрополосковый фильтр верхних частот (Фиг. 1), содержащей диэлектрическую подложку (1), одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием (2), а на другой поверхности расположен полосковый металлический проводник (3-5), отрезки полоскового проводника (3-4) свернуты в форме «шпильки» вдоль оси симметрии и в центральной части соединены с заземляемым основанием (2), через перпендикулярно состыкованный протяженный (длина в несколько раз больше, чем ширина) отрезок полоскового проводника (5). При этом отрезок (5) располагается снаружи свернутых отрезков (3, 4). На свободных концах отрезка полоскового проводника (3) расположены «вход» и «выход» фильтра.

В микрополосковом фильтре верхних частот (Фиг. 3) использовано три полосковых проводника (3-8), отрезки которых состыкованы друг с другом в виде меандровой линии.

Заявляемый фильтр заземлен на основание вместо используемого в прототипе металлического корпуса-экрана.

Разберем принцип действия микрополоскового фильтра верхних частот. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с высокой диэлектрической проницаемостью ε=80, свернутые в форме «шпильки» отрезки полоскового проводника (3-4) и отрезок полоскового проводника (5), при подаче на вход конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию микрополоскового резонатора. Длина отрезка (3) меньше примерно в два раза, чем длина отрезка (4). На амплитудно-частотной характеристике такого микрополоскового резонатора наблюдаются резонансы семи нижайших мод колебаний, которые формируют полосу пропускания. Выше по частоте располагаются несколько полюсов затухания, которые ограничивают полосу пропускания. При этом частота «нижайшего» полюса затухания определяет максимальную высокочастотную границу полосы пропускания фильтра верхних частот.

Варьируя длину и ширину отрезка полоскового проводника (5) можно корректировать собственные частоты микрополоскового резонатора, что позволяет настроить полосу пропускания заявляемого микрополоскового фильтра верхних частот с максимально допустимым уровнем потерь на отражение в ней S₁₁≤-14 дБ.

Рост крутизны спада частотной характеристики заявляемой конструкции осуществляется дублированием n раз (n=2, 3, 4…) исходного полоскового проводника, состыкованного друг с другом в виде меандровой линии. Соответственно, число резонансов, формирующих полосу пропускания фильтра, увеличивается на 2(n-1). Так как длина и ширина добавляемых n внутренних полосковых проводников требует незначительной подстройки, в целом настройка фильтра отличается простотой даже при большом числе резонаторов.

Пример выполнения микрополоскового фильтра верхних частот (Фиг. 1). В конструкции была использована подложка размерами 5.46×5.14×1.00 мм³ из керамика ТБНС с диэлектрической проницаемостью ε=80. Отступы от краев подложки до отрезка полоскового проводника (3) равны толщине подложки h=1 мм. Частота среза (Фиг. 2) заявляемого фильтра ƒ_с=2 ГГц, что ниже, чем у прототипа, полоса пропускания фильтра, сформированная 7 резонансами, наблюдается на амплитудно-частотной характеристике до 8.6 ГГц, что протяженнее, чем у прототипа. При этом заявляемый фильтр занимает примерно в 29 раз меньший объем, чем фильтр-прототип. Конструктивные параметры фильтра, а в частности длина и ширина отрезков проводника (3), (4) и (5): 1.60×0.08 мм², 3.46×0.40 мм², 2.14×0.96 мм², соответственно.

Пример выполнения микрополоскового фильтра верхних частот с числом полосковых проводников n=3 (Фиг. 3). В конструкции была использована подложка размерами 12.32×7.44×1.00 мм³ из керамика ТБНС с диэлектрической проницаемостью ε=80. Отступы от краев подложки до отрезка полоскового проводника (3) также равны толщине подложки h=1 мм. Частота среза (Фиг. 4) заявляемого фильтра ƒ_с=2 ГГц, что также ниже, чем у прототипа, полоса пропускания фильтра, сформированная 11 резонансами, наблюдается на амплитудно-частотной характеристике до 8.2 ГГц. При этом заявляемый фильтр занимает примерно в 9 раз меньший объем, чем фильтр-прототип. Конструктивные параметры фильтра, а в частности длина и ширина отрезков трех проводников - (3): 1.80×0.08 мм², (4): 3.64×0.39 мм², (5): 2.33×0.72 мм², (6): 1.98×0.29 мм², (7): 3.62×0.40 мм, (8): 2.34×0.66 мм. При этом увеличение числа полосковых проводников n сопровождается существенным наращиванием крутизны спада частотной характеристики фильтра.

Таким образом, заявляемый микрополосковый фильтр верхних частот обладает более широкой относительной полосой пропускания, лучшими частотно-селективными свойствами, за счет возможности наращивания в конструкции числа полосковых проводников n, а также большей миниатюрностью и технологичностью изготовления, за счет отсутствия у него металлического корпуса-экрана.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Микрополосковый фильтр верхних частот содержит диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен прямоугольный полосковый металлический проводник. Новым является то, что полосковый проводник, обладающий осевой симметрией, свернут в форме «шпильки» вдоль оси симметрии и соединен с заземляемым основанием через перпендикулярно состыкованный протяженный отрезок полоскового проводника. Техническим результатом изобретения является расширение относительной полосы пропускания микрополоскового фильтра верхних частот, а также улучшение его частотно-селективных свойств, в частности рост крутизны спада частотной характеристики, повышение технологичности изготовления и миниатюрности конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Микрополосковый фильтр верхних частот, содержащий диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен полосковый металлический проводник, отличающийся тем, что отрезки полоскового проводника свернуты в форме «шпильки» вдоль оси симметрии и в центральной части соединены с заземляемым основанием через перпендикулярно состыкованный протяженный отрезок полоскового проводника.

2. Микрополосковый фильтр верхних частот по п. 1, отличающийся тем, что содержит n полосковых проводников, состыкованных друг с другом в виде меандровой линии, где n=2, 3, 4….