МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР И УСТРОЙСТВО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2021 года по МПК H01P1/203 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, полностью металлизированную с одной стороны экранирующим слоем, а на другой стороне расположены электромагнитно связанные отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра, разомкнутых на обоих концах, расположенных параллельно один другому в шахматном порядке от входа фильтра к выходу со сдвигом на четверть длины волны, а проводники через один располагаются на расстоянии одной шестой длины волны.

Известен полосно-пропускающий фильтр (RU 97867 U1) на параллельно связанных микрополосковых резонаторах со скачкообразным сужением ширины центрального участка полоскового проводника, у которого каждый микрополосковый резонатор смещен в продольном направлении относительно соседнего микрополоскового резонатора и электромагнитно связан с ним по длине центрального участка и одного из крайних участков полоскового проводника.

Недостатком такого фильтра является ухудшение избирательности в полосе задерживания из-за наличия побочных полос пропускания на частотах, кратных удвоенной центральной частоте, малая относительно центральной частоты ширина полосы пропускания, высокие потери в миллиметровом диапазоне длин волн при уменьшении размеров фильтра.

Отличия заявленного фильтра от представленного в ближайшем аналоге заключаются в том, что отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра, разомкнутых на обоих концах, расположены параллельно один другому в шахматном порядке от входа фильтра к выходу со сдвигом на четверть длины волны, а проводники через один располагаются на расстоянии одной шестой длины волны (фиг. 1), что позволяет улучшить параметры в полосе пропускания при уменьшении размера полосно-пропускающего фильтра.

Даная топология позволяет обеспечить сильную емкостную связь между соседними резонаторами как по боковой стороне микрополоскового резонатора, так и по торцевой части между резонаторами, находящимися через один (фиг. 2).

Данный факт позволяет обеспечить высокую добротность на основном резонансе, что приводит к низкому уровню прямых потерь и высокому уровню возвратных потерь в полосе пропускания. Кроме того, предложенная конструкция фильтра позволяет реализовать высокий уровень подавления в полосе заграждения.

Техническим результатом является уменьшение размеров микрополоскового полосно-пропускающего фильтра по отношению к ближайшему аналогу, с одновременным уменьшением уровня прямых потерь и повышением уровня возвратных потерь в полосе пропускания.

При уменьшении размеров микрополоскового полосно-пропускающего фильтра уровень возвратных потерь S(1.1) в полосе пропускания составляет не меньше 20 дБ. Прямые потери в полосе пропускания составляют не более 0,7 дБ, а уровень полосы запирания составляет не менее 52 дБ со стороны низкочастотного края и не менее 55 дБ со стороны высокочастотного края. Вышеуказанные параметры иллюстрируют параметры улучшение по сравнению с ближайшим аналогом.

При указанных выше параметрах микрополосковый полосно-пропускающий фильтр имеет размеры 31.91×15.67×1 мм³.

Для сравнения отметим, что для наиболее близкого аналога с теми же параметрами полосы пропускания микрополосковая плата имеет размеры 54.32×14.77×1 мм³.

В общем виде заявленное изобретение в одном варианте представляет собой микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, полностью металлизированную с одной стороны экранирующим слоем, а на другой стороне расположены полосковые проводники резонаторов.

Полосковые проводники резонаторов расположены противоположно на двух параллельных линиях в средней части подложки по длине, а отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра между полосковыми проводниками резонаторов, на противоположных линиях расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу, причем противоположные друг другу отрезки микрополосковых линий сдвинуты по отношению друг к другу на четверть длины волны от входа фильтра к выходу, а противоположные друг другу полосковые проводники резонаторов, расположенные напротив друг друга, сдвинуты по отношению друг к другу на одну шестую длины волны.

В одном из вариантов осуществления изобретения состоит в том, что микрополосковый полосно-пропускающий фильтр дополнительно соединен с фильтром низких частот (ФНЧ), который, как показано на фиг. 6, состоит из нерегулярного микрополоскового проводника широкие и узкие отрезки которого образуют микрополосковые резонаторы, причем длина широких отрезков увеличивается от края к центру фильтра.

Частота среза ФНЧ рассчитана таким образом, чтобы подавить вторую гармонику от полосно-пропускающего фильтра. Данное решение позволяет расширить полосу заграждения, что проиллюстрировано на Фиг. 5.

Изобретение также относится к устройству, включающему микрополосковые полосно-пропускающие фильтры, каждый из которых содержит диэлектрическую подложку, полностью металлизированную с одной стороны экранирующим слоем, а на другой стороне расположены полосковые проводники резонаторов, расположенные противоположно на двух параллельных линиях в средней части подложки по длине.

Отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра между полосковыми проводниками резонаторов, на противоположных линиях расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу. Причем противоположные друг другу отрезки микрополосковых линий, сдвинуты по отношению друг к другу на четверть длины волны от входа фильтра к выходу, а противоположные друг другу полосковые проводники резонаторов, расположенные напротив друг друга, сдвинуты по отношению друг к другу на одну шестую длины волны.

Устройство также включает фильтр низких частот, соединенный с выходами микрополосковых полосно-пропускающих фильтров и состоящий из нерегулярного микрополоскового проводника, широкие и узкие отрезки которого образуют микрополосковые резонаторы, а частота среза фильтра низких частот рассчитана таким образом, чтобы подавить вторую гармонику от полосно-пропускающего фильтра, причем длина широких отрезков увеличивается от края к центру фильтра.

Устройство проиллюстрировано на Фиг. 5.

Преимущество такого устройства - в том, что оно позволяет получить более высокий уровень подавления в полосе заграждения без значительного ухудшения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра в полосе пропускания.

На фиг. 1 проиллюстрирована топология микрополоскового полосно-пропускающего фильтра, состоящего из отрезков микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра, разомкнутых на обоих концах, расположенных параллельно один другому в шахматном порядке от входа фильтра к выходу со сдвигом на четверть длины волны, а проводники через один располагаются на расстоянии одной шестой длины волны.

На Фиг. 2 проиллюстрировано распределение электрического поля микрополоскового полосно-пропускающего фильтра, отображающего связь между соседними резонаторами как по боковой стороне микрополоскового резонатора, так и по торцевой части между резонаторами находящимися через один.

На фиг. 3 проиллюстрирована амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) микрополоскового полосно-пропускающего фильтра.

Из графика на фиг. 3 видно, что уровень возвратных потерь S(1.1) в полосе пропускания составляет не меньше 20 дБ. Прямые потери в полосе пропускания составляют не более 0.7 дБ, а уровень полосы запирания составляет не менее 52 дБ со стороны низкочастотного края и не менее 55 дБ со стороны высокочастотного края. Все эти параметры лучше, чем у аналога, представленного в патенте (RU 97867 U1).

На фиг. 4 проиллюстрирована топология микрополоскового полосно-пропускающего фильтра дополнительно содержащего фильтр низких частот по пункту 2 формулы изобретения.

На фиг. 5 проиллюстрирована амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) Микрополоскового полосно-пропускающего фильтра дополнительно содержащего на выходе фильтр низких частот частот по пункту 2 формулы изобретения. Из графика видно, что топология, изображенная на фиг. 4, позволяет расширить полосу заграждения, тем самым подавив (добавлением ФНЧ) ближайшую паразитную полосу пропускания от микрополоскового полосно-пропускающего фильтра. Уровень ближайшей паразитной полосы пропускания составляет более 60 дБ.

На фиг. 6 проиллюстрировано устройство, включающее микрополосковые полосно-пропускающие фильтры и фильтр низких частот.

На фиг. 7 проиллюстрирована амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства, включающего микрополосковые полосно-пропускающие фильтры и фильтр низких частот, по пункту 3 формулы изобретения, дополнительно содержащий на выходе фильтр низких частот и второй микрополосковый полосно-пропускающий фильтр. Из АЧХ видно, что уровень полос заграждения как с правой, так и с левой сторон составляет более 75 дБ. При этом возвратные потери полосы пропускания составляют не менее 18 дБ.

На фиг. 8 проиллюстрирована топология фильтра низких частот.

Достоинствами заявленной группы изобретений являются широкая высокочастотная полоса заграждения при небольших размерах микрополоскового полосно-пропускающего фильтра, а также хорошая точность расчета его характеристик с использованием одномерных моделей конструкции, что позволяет осуществлять высокоскоростной синтез.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам частотной фильтрации сигналов. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, полностью металлизированную с одной стороны экранирующим слоем, а на другой стороне расположены полосковые проводники резонаторов. Полосковые проводники резонаторов расположены на двух параллельных линиях в средней части подложки по длине, а отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра между полосковыми проводниками резонаторов, на противоположных линиях расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу, причем противоположные друг другу отрезки микрополосковых линий сдвинуты по отношению друг к другу на четверть длины волны от входа фильтра к выходу, а противоположные друг другу полосковые проводники резонаторов, расположенные напротив друг друга, сдвинуты по отношению друг к другу на одну шестую длины волны. Технический результат – уменьшение размеров микрополоскового полосно-пропускающего фильтра по отношению к ближайшему аналогу, с одновременным уменьшением уровня прямых потерь и повышением уровня возвратных потерь в полосе пропускания. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, полностью металлизированную с одной стороны экранирующим слоем, а на другой стороне расположены полосковые проводники резонаторов, отличающийся тем, что полосковые проводники резонаторов расположены противоположно на двух параллельных линиях в средней части подложки по длине, а отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра между полосковыми проводниками резонаторов, на противоположных линиях расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу, причем противоположные друг другу отрезки микрополосковых линий сдвинуты по отношению друг к другу на четверть длины волны от входа фильтра к выходу, а противоположные друг другу полосковые проводники резонаторов, расположенные напротив друг друга, сдвинуты по отношению друг к другу на одну шестую длины волны.

2. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр по п. 1, дополнительно содержащий фильтр низких частот, расположенный после выхода микрополоскового полосно-пропускающего фильтра и состоящий из нерегулярного микрополоскового проводника, широкие и узкие отрезки которого образуют микрополосковые резонаторы, а частота среза фильтра низких частот рассчитана таким образом, чтобы подавить вторую гармонику от полосно-пропускающего фильтра, причем длина широких отрезков увеличивается от края к центру фильтра.

3. Устройство для высокого уровня подавления в полосе заграждения без значительного ухудшения амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания в сверхвысокочастотной технике, включающее микрополосковые полосно-пропускающие фильтры, каждый из которых содержит диэлектрическую подложку, полностью металлизированную с одной стороны экранирующим слоем, а на другой стороне расположены полосковые проводники резонаторов, расположенные противоположно на двух параллельных линиях в средней части подложки по длине, а отрезки микрополосковых линий, составляющих звенья фильтра между полосковыми проводниками резонаторов, на противоположных линиях расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу, причем противоположные друг другу отрезки микрополосковых линий сдвинуты по отношению друг к другу на четверть длины волны от входа фильтра к выходу, а противоположные друг другу полосковые проводники резонаторов, расположенные напротив друг друга, сдвинуты по отношению друг к другу на одну шестую длины волны, фильтр низких частот, соединенный с выходами микрополосковых полосно-пропускающих фильтров и состоящий из нерегулярного микрополоскового проводника, широкие и узкие отрезки которого образуют микрополосковые резонаторы, а частота среза фильтра низких частот рассчитана таким образом, чтобы подавить вторую гармонику от полосно-пропускающего фильтра, причем длина широких отрезков увеличивается от края к центру фильтра.