СВЧ ФИЛЬТР Российский патент 2022 года по МПК H01P1/203 

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

Известен полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение РФ №2480867, Н01Р 1/203):

1. Полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный продольной щелью с одного конца, отличающийся тем, что длина нерасщепленного участка полоскового проводника составляет от 16% до 65% его длины.

2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что содержит n электромагнитно связанных шпильковых микрополосковых резонаторов, где n=2, 3, 4, …

3. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что для каждого его резонатора длина нерасщепленного участка меньше длины, при которой выравниваются частоты четных и нечетных колебаний.

4. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что для каждого его резонатора длина нерасщепленного участка больше длины, при которой выравниваются частоты четных и нечетных колебаний.

5. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что для одной части его резонаторов длина нерасщепленного участка меньше длины, при которой выравниваются частоты четных и нечетных колебаний, и больше для другой части резонаторов.

6. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что нерасщепленные участки всех резонаторов фильтра расположены один напротив другого.

7. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что в каждой паре смежных резонаторов фильтра нерасщепленный участок одного резонатора расположен напротив расщепленного участка другого резонатора.

В данном техническом решении приведены примеры выполнения трехрезонаторного фильтра и его амплитудно-частотные характеристики (АЧХ). Различаются фильтры взаимной ориентацией соседних резонаторов. В фильтре с сонаправленными резонаторами высокочастотный склон полосы пропускания круче, чем низкочастотный склон. При этом уровень подавления в низкочастотной полосе заграждения приблизительно на 10 дБ сильнее, чем в высокочастотной полосе заграждения. Напротив, в фильтре со встречно направленными резонаторами склоны полосы пропускания почти симметричны, а уровни подавления в низкочастотной и высокочастотной полосе заграждения близки.

Недостатком описанного полосно-пропускающего фильтра является относительно слабое подавление мощности на частотах полос заграждения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение РФ №2607303, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные полосковые проводники, причем смещенные относительно друг друга протяженные широкие отрезки полосковых проводников, заземляемые на основание со стороны свободных концов, с противоположных - соединены между собой посредством протяженных отрезков полосковых проводников, с внутренней стороны - соединены с отрезками протяженных узких полосковых проводников, дважды изогнутых под прямым углом, при этом вдоль по их периметрам, внутри каждого расположены свернутые П-образно отрезки полосковых проводников, заземляемые на основание со стороны свободных концов, соединенные с внешней стороны с ортогонально расположенными протяженными широкими отрезками полосковых проводников, являющихся портами фильтра. В фильтре используется два одномодовых и один четырехмодовый резонаторы.

На АЧХ такого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра наблюдаются, расположенные рядом по частотам с рабочей полосой пропускания полюса затухания, которые значительно повышают крутизну ее склонов, а также подавление мощности, превышающее -80 дБ на частотах низкочастотной полосы заграждения, и превышающее -50 дБ в диапазоне частот (1.74-3.46) ГГц высокочастотной полосы заграждения.

Недостатком описанного микрополоскового полосно-пропускающего фильтра является относительно слабое подавление мощности на частотах полос заграждения.

Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в СВЧ фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные полосковые проводники, состоящие из смещенных относительно друг друга протяженных широких отрезков, заземленных на основание со стороны свободных концов, причем с противоположной стороны они соединены между собой посредством протяженных отрезков полосковых проводников, а с внутренней стороны - с отрезками протяженных узких полосковых проводников, согласно техническому решению, протяженные широкие отрезки четырех полосковых проводников заземлены на основание со стороны свободных концов через пару отрезков Г-образной формы, а с внутренней стороны - каждый из них, кроме крайних, соединен с одиночным протяженным узким отрезком полоскового проводника. Такие узкие смежные отрезки расположены параллельно друг другу и выполнены парами.

Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств конструкции, в частности увеличение подавления мощности на частотах полос заграждения, за счет заявляемого расположения на диэлектрической подложке полосковых проводников.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство СВЧ фильтра, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика (S₂₁, S₁₁).

Заявляемый СВЧ фильтр (Фиг. 1), содержит диэлектрическую подложку (7), на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные четыре полосковых проводника с отрезками (2)-(23). Смещенные относительно друг друга протяженные широкие отрезки полосковых проводников (5) и (11), а также (14) и (22) соединены между собой посредством узкого протяженного отрезка полоскового проводника (7) и (18), соответственно. Каждый широкий отрезок полоскового проводника заземлен на основание со стороны свободных концов через соответствующую пару отрезков Г-образной формы: (3)-(4), (9)-(10), (15)-(16) и (20)-(21). С внутренней стороны каждый из них ((11), (14) и (22)), кроме крайних (5), соединены с одиночными протяженными узкими отрезками полоскового проводника: (12), (13) и (23), соответственно. При этом пара смежных отрезков (12) и (13) распложены параллельно друг другу, также как и пара смежных идентичных отрезков (23) и (23).

Кроме того, все полосковые проводники размещены на подложке с сохранением осевой симметрии, но при этом расположение заземления на основание пары широких отрезков (5) проводников связи отличается по сравнению с расположением заземления на основание широких отрезков (11), (14) и (22). Они располагаются не со стороны соединения отрезков (5) с протяженными узкими отрезками полосковых проводников (7) через отрезок (6), как у остальных аналогичных широких отрезков, а со стороны входа (выхода) фильтра.

Рассмотрим принцип действия полосно-пропускающего СВЧ фильтра. Расположенные (Фиг. 1) на диэлектрической подложке (1), свернутые четыре полосковых проводника, при подаче на вход конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию четырех микрополосковых двухмодовых резонаторов. Две нижайшие моды колебаний от каждого из четырех резонаторов с отрезками полосковых проводников (2)-(12) или (13)-(23) участвуют в формировании полосы пропускания фильтра. Таким образом, порядок СВЧ фильтра - восьмой.

Варьируя длину и ширину отрезков (2)-(23) полосковых проводников четырех резонаторов, зазоры между их отрезками (11) и (14), а также (22) и (22), а также вертикальное смещение относительно друг друга смежных широких отрезков в резонаторах, можно корректировать их собственные частоты, что позволяет настроить полосу пропускания заявляемого СВЧ фильтра с максимально допустимым уровнем потерь на отражение в ней S₁₁ ≤ -14 дБ.

Электромагнитное взаимодействие резонаторов в фильтре индуктивно-емкостное, так как электромагнитно связаны по всей длине пара протяженных, параллельных друг другу, узких отрезков (12) и (13), пара аналогичных отрезков (23) и (23), пара широких отрезков (11) и (14), а также аналогичная пара отрезков (22) и (22).

Пример выполнения СВЧ фильтра (Фиг. 1). В конструкции была использована подложка размерами 43.15×10.40 мм² с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 (СВЧ материал - поликор). Относительная ширина полосы пропускания заявляемого фильтра (Фиг. 2), измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь на ее частотах L_min=-1.5 дБ, составляет Δƒ/ƒ₀ ~ 39.2%. Центральная частота полосы пропускания фильтра ƒ₀ ~ 1.94 ГГц. По сравнению с амплитудно-частотной характеристикой фильтра-прототипа на АЧХ заявляемого СВЧ фильтра наблюдается более сильное подавление мощности вблизи полосы пропускания: в низкочастотной полосе заграждения - не менее 105 дБ (у фильтра-прототипа - не менее 80 дБ), в высокочастотной - не менее 95 (у фильтра-прототипа - не менее 50 дБ).

Конструктивные параметры фильтра, а в частности размеры отрезков проводников, измеренные вдоль координатной оси x и оси у - (2): 2.48×1.00 мм², (3): 0.20×2.00 мм², (4): 0.10×2.75 мм², (5): 8.30×3.65 мм², (6): 0.30×0.35 мм², (7): 5.90×0.15 мм², (8): 0.20×0.40 мм², (9): 0.70×1.20 мм², (10): 0.60×3.55 мм², (11): 6.60×3.65 мм², (12): 0.25×4.45 мм², (13): 0.25×4.45 мм², (14): 6.85×3.65 мм², (15): 0.50×1.75 мм², (16): 0.40×3.00 мм², (17): 0.10×0.40 мм², (18): 5.50×0.15 мм², (19): 0.25×0.35 мм², (20): 0.50×1.55 мм², (21): 0.45×3.20 мм², (22): 6.75×3.65 мм², (23): 0.65×4.05 мм². Зазоры между отрезками (11) и (14) полосковых проводников -0.07 мм, между отрезками (22) и (22) - 0.06 мм. Верхняя металлическая крышка конструкции расположена на высоте 8 мм от поверхности подложки.

Таким образом, заявляемый СВЧ фильтр обладает более высокими частотно-селективными свойствами: на его амплитудно-частотной характеристике наблюдается существенное увеличение подавление мощности по обе стороны от полосы пропускания.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, в частности к фильтрам. СВЧ фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные полосковые проводники, состоящие из смещенных относительно друг друга протяженных широких отрезков, заземленных на основание со стороны свободных концов. С противоположной стороны они соединены между собой посредством протяженных отрезков полосковых проводников, а с внутренней стороны - с отрезками протяженных узких полосковых проводников. При этом протяженные широкие отрезки четырех полосковых проводников заземлены на основание со стороны свободных концов через пару отрезков Г-образной формы, а с внутренней стороны - каждый из них, кроме крайних, соединен с одиночным протяженным узким отрезком полоскового проводника. Данные узкие смежные отрезки расположены параллельно друг другу и выполнены парами. Технический результат - увеличение подавления мощности по обе стороны от полосы пропускания. 2 ил.

СВЧ фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные полосковые проводники, состоящие из смещенных относительно друг друга протяженных широких отрезков, заземленных на основание со стороны свободных концов, причем с противоположной стороны они соединены между собой посредством протяженных отрезков полосковых проводников, а с внутренней стороны - с отрезками протяженных узких полосковых проводников, отличающийся тем, что протяженные широкие отрезки четырех полосковых проводников заземлены на основание со стороны свободных концов через пару отрезков Г-образной формы, а с внутренней стороны - каждый из них, кроме крайних, соединен с одиночным протяженным узким отрезком полоскового проводника, которые расположены парами параллельно друг другу.