МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2021 года по МПК H01P1/203 

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

Известен микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение РФ №2675206, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, при этом проводники резонаторов выполнены нерегулярными, а участки полосковых проводников наружных резонаторов от разомкнутого конца до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов.

Недостатком описанного микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра являются его относительно невысокие частотно-селективные свойства, а в частности узкая высокочастотная полоса заграждения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр нижних частот (Патент на изобретение РФ №2677103, Н01Р 1/203), содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а 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.

Отличие частотно-селективных свойств описанного микрополоскового фильтра нижних частот от заявляемого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра заключается в прохождении мощности на низких частотах. Недостатком микрополоскового фильтра нижних частот является относительно невысокие его частотно-селективные свойства, а также его сравнительно большие размеры.

Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового полосно-пропускающего фильтра за счет повышения крутизны высокочастотного склона полосы пропускания, расширения высокочастотной полосы заграждения, а также уменьшения размеров конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, согласно техническому решению, узкие дополнительные отрезки заземлены свободным концом на основание, расположены на двух противоположных краях подложки и ортогонально состыкованы с аналогичными отрезками проводника посередине, с возможностью формирования на прямоугольной амплитудно-частотной характеристике фильтра пары полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания.

Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового полосно-пропускающего фильтра и его миниатюризация, что достигается определенным расположением узких отрезков полоскового проводника, заземленных с одного конца на основание.

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

Заявляемый микрополосковый полосно-пропускающий фильтр (Фиг. 1), реализован на подложке (1) с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран (2), а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие (3, 5, 7, 9) и узкие (4, 6, 8, 10) отрезки которого соединены друг с другом каскадно и расположены в два горизонтальных ряда. Каждый узкий отрезок (4), (6), (8) и (10) полоскового проводника ортогонально состыкован с узким дополнительным отрезком проводника (77), (72), (73) (14) посередине, соответственно. Все дополнительные отрезки заземлены свободным концом на основание. На широких отрезках (3) полоскового проводника расположены «вход» и «выход» микрополоскового полосно-пропускающего фильтра.

Разберем принцип действия заявляемого фильтра. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, широкие и узкие отрезки (3)-(14) полоскового проводника, при подаче на «вход» конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию микрополосковых много-модовых резонаторов каскадно-соединенных друг с другом, прошедший сигнал снимается с «выхода» конструкции. Порядок полосно-пропускающего фильтра (восьмой) совпадает с числом широких отрезков (пары (3), (5), (7), (9)) полоскового проводника в конструкции.

За счет отрезков (11)-(14) полоскового проводника, заземленных свободным концом на основание, на амплитудно-частотной характеристике фильтра на низких частотах наблюдается сильное подавление мощности (Фиг. 2). При этом крутизна склонов полосы пропускания фильтра и подавление мощности в полосах заграждения растет пропорционально увеличению в конструкции числа резонаторов, расположенных в двух горизонтальных рядах.

Преимуществом такой конструкции является возможность реализовать полосу пропускания фильтра с относительной шириной Δƒ/ƒ₀ от 30% до 100%. При этом увеличение длины и ширины узких отрезков (11)-(14), заземленных на основание, сопровождается монотонным расширением полосы пропускания, уменьшение их длины и ширины, соответственно, наоборот, сужением полосы пропускания.

Пример выполнения микрополоскового полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 1). В конструкции была использована монолитная подложка размерами 34.9×18.9 мм² из материала - поликор с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной d=1 мм. Отступы от левого края подложки до отрезков (3) полоскового проводника равны толщине подложки d. Габариты такого фильтра примерно на 30% меньше габаритов фильтра-прототипа.

Центральная частота полосы пропускания фильтра f₀≈2.17 ГГц, а относительная ширина его полосы пропускания Δƒ/ƒ₀ ≈ 30%, где Δƒ - ширина полосы пропускания по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_min ≈ -1.2 дБ (Фиг. 2). У конструкции наблюдается расширенная высокочастотная полоса заграждения - по уровню -30 дБ до частоты 5.8 ГГц, что примерно на 200 МГц протяженнее, чем у фильтра-прототипа. Кроме того, по обе стороны полосы пропускания на амплитудно-частотной характеристике фильтра наблюдаются по два полюса затухания, расположенных вблизи последней, поэтому он имеет более прямоугольную амплитудно-частотную характеристику по сравнению с характеристикой фильтра-прототипа.

Конструктивные параметры заявляемого микрополоскового фильтра с относительной шириной полосы пропускания Δƒ/ƒ₀ ≈ 30%, определим через размеры отрезков полосковых проводников - (3): 6.05×6.03 мм², (4): 1.30×0.30 мм², (5): 7.80×8.45 мм², (6): 1.60×0.30 мм², (7): 7.65×8.30 мм², (8): 1.85×0.30 мм², (9): 7.35×7.70 мм², (10): 0.40×3.30 мм², (77): 0.50×1.20 мм², (72): 0.55×1.20 мм², (13): 0.55×1.10 мм², (14): 1.85×0.70 мм². Смещение отрезков проводника (3), (5), (7), (9) относительно верхнего (нижнего) края подложки - 0.09 мм, 0.10 мм, 0.10 мм, 0.10 мм, соответственно. Смещение отрезка проводника (9) относительно правого края подложки - 0.30 мм.

Таким образом, по сравнению с фильтром-прототипом заявляемый микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр, за счет заявляемого расположения заземленных отрезков полоскового проводника, миниатюрнее на 30%, имеет на 200МГц протяжение высокочастотную полосу заграждения, обладает более прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой с сильным подавлением мощности на низких частотах. Кроме того, относительная ширина полосы пропускания конструкции варьируется в широких пределах от 30% до 100%, что позволяет реализовать фильтры со сверхширокими полосами пропускания.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий подложку с заданной относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно. Узкие дополнительные отрезки, заземленные свободным концом на основание, расположены на двух противоположных краях подложки и ортогонально состыкованы с узкими отрезками проводника посередине, с возможностью формирования на прямоугольной амплитудно-частотной характеристике фильтра пары полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания. Технический результат - улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового полосно-пропускающего фильтра за счет повышения крутизны высокочастотного склона полосы пропускания, расширения высокочастотной полосы заграждения, а также уменьшения размеров конструкции. 2 ил.

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, отличающийся тем, что узкие дополнительные отрезки, заземленные свободным концом на основание, расположены на двух противоположных краях подложки и ортогонально состыкованы с узкими отрезками проводника посередине, с возможностью формирования на прямоугольной амплитудно-частотной характеристике фильтра пары полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания.