МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ Российский патент 2019 года по МПК H01P1/203 

Описание патента на изобретение RU2677103C1

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

Известен миниатюрный фильтр нижних частот (Полезная модель РФ №159123, Н01Р 1/203, Н03Н 7/09), содержащий катушки индуктивности и конденсаторы, причем катушки индуктивности в количестве двух, не связанные между собой по электрическому и магнитному полю, выполнены плоскими и размещены на одном слое многослойной подложки из диэлектрического материала с малыми потерями сверхвысокочастотного сигнала, изготовленной по технологии керамики с низкой температурой обжига, также размещены внутри подложки шесть печатных площадок, при этом три площадки, расположенные на верхнем и нижнем слоях подложки, являются экранирующими.

Недостатком описанного миниатюрного фильтра нижних частот является использование в конструкции многослойной подложки и сосредоточенных элементов, что обуславливает его низкую технологичность, также с ростом частоты среза фильтра габариты сосредоточенных элементов уменьшаются настолько, что изготовление последних становится практически невозможным.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр низких частот на металлодиэлектрической зигзаг-линии (Патент на изобретение РФ №2364993, Н01Р 1/203), содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен изотропный металлический экран, а с другой стороны, по крайней мере, два идентичных металлических проводника в виде отрезков зигзаг-линий, расположенных на расстоянии друг от друга, не превышающем ширины системы, образованной одним проводником, между которыми симметрично расположена прямоугольная диэлектрическая зигзагообразная вставка. Ширина микрополоскового фильтра равна четверти замедленной длины волны, а диэлектрическая вставка выполнена из материала с относительной диэлектрической проницаемостью (8...10)ε, с шириной, равной ширине металлических проводников, и толщиной, равной (1.5…2)d. Металлические проводники отрезков зигзаг-линий могут быть электрически соединены между собой и с диэлектрической вставкой в точках с одинаковой фазой поля замедленной волны.

Недостатками описанного микрополоскового фильтра низких частот на металлодиэлектрической зигзаг-линии являются невысокие частотно-селективные свойства, обусловленные слабым подавлением мощности электромагнитных волн на частотах полосы заграждения и большой неравномерностью прохождения мощности электромагнитных волн на частотах полосы пропускания, а также недостаточно крутым спадом частотной характеристики в области частоты среза. Низкая технологичность изготовления фильтра связана с использованием в конструкции диэлектрической вставки из материала с относительной диэлектрической проницаемостью (8…10)ε. Кроме того такой фильтр, реализованный на подложке из поликора, при частоте отсечки 1.8…2.2 ГГц имеет сравнительно большие габаритные размеры - 96.5×64.0 мм2.

Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового фильтра нижних частот, повышение технологичности изготовления, а также уменьшение размеров конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом фильтре нижних частот, содержащем подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, согласно техническому решению, на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого, являющиеся микрополосковыми резонаторами, соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов, причем в смежных рядах широкие отрезки расположены напротив узких. За счет этого возникает дополнительное электромагнитное взаимодействие между резонаторами смежных рядов, что позволяет реализовать крутой спад частотной характеристики фильтра в области частоты среза.

Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового фильтра нижних частот, повышение технологичности его изготовления при использовании в конструкции монолитной диэлектрической подложки, а также увеличение миниатюрности фильтра за счет заявляемого расположения свернутого полоскового проводника на такой подложке.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство микрополоскового фильтра нижних частот, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика, (частотная зависимость коэффициентов передачи S21, S11).

Заявляемый микрополосковый фильтр нижних частот (Фиг. 1), реализован на подложке (7) с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран (2), а на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник (3-19), широкие (3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19) и узкие (4, 6, 8а, 10, 12, 14, 16а, 18) отрезки которого соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов: (3-8а), (9-15), (16а-19-16а), (15-9), (8а-3). Между собой ряды соединены на краях узким отрезком полоскового проводника (8б) или (16б). В смежных рядах широкие отрезки полосковых проводников расположены напротив узких: (3 и 14), (5 и 12), (7 и 10), (9 и 8а), (9 и 16а), (11 и 6), (11 и 18), (13 и 4), (13 и 18), (15 и 16а), (17 и 14), (17 и 10), (19 и 12). На свободных концах отрезка полоскового проводника (3) расположены «вход» и «выход» фильтра.

Заявляемый фильтр реализован на монолитной диэлектрической подложке и в отличие от прототипа не имеет диэлектрической вставки в конструкции, поэтому обладает большей технологичностью при изготовлении.

Разберем принцип действия микрополоскового фильтра нижних частот. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, свернутые в форме меандра широкие и узкие отрезки (3-19) полоскового проводника, при подаче на «вход» конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию полуволновых микрополосковых резонаторов каскадно-соединенных друг с другом. Электромагнитный сигнал последовательно распространяется от одного такого резонатора к другому, а прошедший сигнал снимается с «выхода» фильтра. Подбором соотношения размеров узких и широких отрезков полоскового проводника (3-19), полоса пропускания фильтра нижних частот настраивается с максимально допустимым уровнем потерь на отражение в ней S11≤-14 дБ.

За счет сворачивания полоскового проводника возникает дополнительное электромагнитное взаимодействие между резонаторами смежных рядов и на амплитудно-частотной характеристике конструкции на частотах полосы заграждения наблюдаются полюса затухания мощности, в том числе вблизи полосы пропускания. Благодаря этому можно реализовать крутой спад частотной характеристики фильтра в области частоты среза.

Пример выполнения микрополоскового фильтра нижних частот (Фиг. 1). В конструкции была использована монолитная подложка размерами 47.7×19.2 мм2 из материала - поликор с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной d=1 мм. Отступы от краев подложки до отрезков полосковых проводников (5, 7, 15, 16б) равны толщине подложки. Отметим, что площадь подложки фильтра примерно в 6.7 раза меньше чем у прототипа, а его частота среза ƒc≈2.5 ГГц (Фиг. 2) при этом незначительно выше, чем у фильтра-прототипа (ƒc=1.8…2.2 ГГц). Кроме того у заявляемого фильтра на частотах полосы пропускания существенно меньшая неравномерность прохождения мощности электромагнитных волн. На амплитудно-частотной характеристике конструкции (Фиг. 2) наблюдается круче спад частотной характеристики, чем у прототипа, а также сильнее затухание мощности в более протяженной полосе заграждения (не менее -60 дБ до частоты 5 ГГц).

Конструктивные параметры заявляемого микрополоскового фильтра нижних частот, а в частности длина и ширина отрезков полосковых проводников: (3): 3.3×3.0 мм2, (4): 7.9×0.4 мм2, (5): 4.5×4.2 мм2, (6): 6.6×0.2 мм2, (7): 5.1×4.2 мм2, (8а): 6.7×0.2 мм2, (8б): 0.7×0.2 мм2, (9): 4.8×3.9 мм2, (10): 8,5×0.4 мм2, (11): 4.8×4.8 мм2, (12, 14): 8.4×0.4 мм2, (13, 17): 4.8×4.7 мм2, (15): 4.8×4.4 мм2, (16б): 0.8×0.2 мм2, (16а): 7.1×0.2 мм2, (18): 8.9×0.4 мм2, (19): 4.8×4.3 мм2, соответственно.

Таким образом, заявляемый микрополосковый фильтр нижних частот по сравнению с фильтром-прототипом обладает лучшими частотно-селективными свойствами: более сильным подавлением мощности электромагнитных волн на частотах полосы заграждения, более равномерным ее прохождением на частотах полосы пропускания, а также более крутым спадом частотной характеристики в области частоты среза. Повышение технологичности изготовления фильтра обусловлено использованием монолитной диэлектрической подложки вместо гибридной. Заявляемое расположение свернутого полоскового проводника на диэлектрической подложке позволяет существенно миниатюризировать конструкцию фильтра.

Похожие патенты RU2677103C1

название год авторы номер документа
МИКРОПОЛОСКОВЫЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР 2019
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2730395C1
МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2020
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2748864C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ СВЧ ФИЛЬТР 2016
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2657311C1
Микрополосковый широкополосный фильтр 2016
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2644976C1
МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2014
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Галеев Ринат Гайсеевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2543933C1
МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ДИПЛЕКСЕР 2018
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2697891C1
СВЧ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ 2021
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
  • Попов Алексей Михайлович
RU2785067C1
МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ 2017
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2670366C1
ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР 2017
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Ходенков Сергей Александрович
RU2672821C1
СВЧ ФИЛЬТР 2021
  • Беляев Борис Афанасьевич
  • Сержантов Алексей Михайлович
  • Ходенков Сергей Александрович
  • Попов Алексей Михайлович
RU2781040C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 677 103 C1

Реферат патента 2019 года МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ

Изобретение относится к технике СВЧ. Фильтр содержит подложку с относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной, с одной стороны которой выполнен металлический экран, на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого, являющиеся микрополосковыми резонаторами, соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов, причем в смежных рядах широкие отрезки расположены напротив узких. Технический результат - улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового фильтра нижних частот, повышение технологичности его изготовления, а также уменьшение размеров конструкции. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 677 103 C1

Микрополосковый фильтр нижних частот, содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, отличающийся тем, что на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов, причем в смежных рядах широкие отрезки расположены напротив узких.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2677103C1

Ходенков С.А
Микрополосковые фильтры нижних частот на основе двумерного электромагнитного кристалла // Системы связи и радионавигации : сб
тезисов
Красноярск: АО "НПП "Радиосвязь", 2017
Железнодорожный снегоочиститель 1920
  • Воскресенский М.
SU264A1
Способ определения пригодности для электролиза по ртутному методу исходной соли или материалов для построения электролизера 1951
  • Волков Г.И.
SU97867A1
WO 2001084663 A1, 08.11.2001
Shao Ying Huang
Compact U-Shaped Dual Planar EBG Microstrip Low-Pass Filter // IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL
Веникодробильный станок 1921
  • Баженов Вл.
  • Баженов(-А К.
SU53A1
Способ гальванического снятия позолоты с серебряных изделий без заметного изменения их формы 1923
  • Бердников М.И.
SU12A1
WO 2008089197 A2, 24.07.2008
US 4371853 A1, 01.02.1983
US 5404119 A1, 04.04.1995
Полоснопропускающий фильтр 1975
  • Антипьев Валерий Ефимович
  • Безхмельницын Анатолий Иванович
SU559313A1
JP 2003069306 A, 07.03.2003
JP 61189701 A, 23.08.1986
Полосовой свч-фильтр 1972
  • Рудешко Георгий Александрович
SU444286A1
US 4851797 A1, 25.07.1989
US 5187459 A1, 16.02.1993.

RU 2 677 103 C1

Авторы

Беляев Борис Афанасьевич

Ходенков Сергей Александрович

Даты

2019-01-15Публикация

2017-12-18Подача