Микрополосковый диплексер Российский патент 2023 года по МПК H01P1/213 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах.

Известен микрополосковый диплексер (Патент на изобретение РФ №2697891, H01P1/213), содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, при этом на центральном проводнике, свернутом в форме шпильки, расположен входной порт, а заземление на основание выполнено на параллельных отрезках этого проводника, вдоль которых с внешней стороны нанесены крайние протяженные полосковые проводники, заземленные с одного конца на основание, причем на них расположены выходные порты.

В конструкции была использована подложка из керамики ТБНС с диэлектрической проницаемостью ε_r=80.

Улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового диплексера осуществляется наращиванием с обеих сторон n параллельных полосковых проводников, где n=2, 3, 4 …, вдоль параллельных отрезков центрального проводника.

Центральный полосковый проводник, также как и остальные проводники конструкции заземлен на основание при помощи сквозных круглых отверстий в диэлектрической подложке, заполненных проводящим материалом.

При выполнении микрополоскового диплексера (n=1) со смежными полосами пропускания, реализованного на встречно-направленных резонаторах (Патент на изобретение РФ №2697891, Фиг. 1), его относительная ширина полосы пропускания низкочастотного канала, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈0.9 дБ, составляет Δf₁/f₁₀≈11.3%, высокочастотного – Δf₂/f₂₀≈11.5% при L_2 min≈0.9 дБ, соответственно.

Аналогичный диплексер на сонаправленных резонаторах (Патент на изобретение РФ №2697891, Фиг. 4) имеет относительную ширину полосы пропускания низкочастотного канала Δf₁/f₁₀≈10.7%, измеренную по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈0.9 дБ, высокочастотного – Δf₂/f₂₀≈11.3% при L_{2 min}≈1.0 дБ.

При выполнении микрополоскового диплексера (n=2) со смежными полосами пропускания, реализованного на встречно-направленных резонаторах (Патент на изобретение РФ №2697891, Фиг. 7), его относительная ширина полосы пропускания низкочастотного канала, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_{1 min}≈1.1 дБ, составляет Δf₁/f₁₀≈11.7%, высокочастотного - Δf₂/f₂₀≈11.2% при L_2 min≈1.1 дБ, соответственно.

Аналогичный диплексер на сонаправленных резонаторах (Патент на изобретение РФ №2697891, Фиг. 10) имеет относительную ширину полосы пропускания низкочастотного канала Δf₁/f₁₀≈10.5%, измеренную по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈1.1 дБ, высокочастотного - Δf₂/f₂₀≈10.7% при L_{2 min}≈1.1 дБ, соответственно.

При выполнении микрополоскового диплексера (n=3) со смежными полосами пропускания (Патент на изобретение РФ №2697891, Фиг. 13), реализованного на встречно-направленных резонаторах, относительная ширина полосы пропускания низкочастотного канала, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈1.3 дБ, составляет Δf₁/f₁₀≈11.5%, высокочастотного – Δf₂/f₂₀≈10.4% при L_2 min≈1.3 дБ, соответственно.

Аналогичный диплексер на сонаправленных резонаторах (Патент на изобретение РФ №2697891, Фиг. 16) имеет относительную ширину полосы пропускания низкочастотного канала Δf₁/f₁₀≈10.6%, измеренную по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈1.2 дБ, высокочастотного – Δf₂/f₂₀≈11.0% при L_{2 min}≈1.3 дБ, соответственно.

Недостатками описанного микрополоскового диплексера является недостаточно широкая полоса пропускания его низкочастотного и высокочастотного каналов, а также низкая технологичность, обусловленная заземлением на основание проводников в виде сквозных круглых отверстий в диэлектрической подложке, заполненных проводящим материалом.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый диплексер (Патент на изобретение РФ №2691999, H01P 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов и П-образный проводник согласующей цепи, причем резонаторы формируют фильтры низкочастотного и высокочастотного каналов, один конец согласующей цепи короткозамкнут, а ко второму подключен общий вход диплексера, входные резонаторы каналов связаны с согласующей цепью электромагнитно, при этом длины полосковых проводников резонаторов низкочастотного и высокочастотного каналов соответственно равны l₁ = 7.87 мм и l₂ = 7.73 мм, l₃ = 5.45 мм и l₄ = 5.87 мм, габаритные длина и ширина П-образного проводника согласующей цепи l_с = 7.15 мм и w_c - 1.50 мм соответственно, сигнальные проводники выхода 2 и выхода 3 подключены непосредственно к полосковым проводникам выходных резонаторов в точках на расстояниях l_t1 = 1.80 мм и l_t2 = 1.18 мм от заземленных концов проводников резонаторов.

Диплексер имеет следующие конструктивные параметры: подложка из керамики ТБНС с относительной диэлектрической проницаемостью ε_r=80, толщиной 1 мм.

Центральные частоты каналов: 1225 МГц и 1595 МГц, минимальные вносимые потери в полосах пропускания каналов диплексера 0.9 дБ. Их относительная ширина ~7%.

Недостатками описанного микрополоскового диплексера является недостаточно широкая полоса пропускания его низкочастотного и высокочастотного каналов.

Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств конструкции за счет расширения смежных полос пропускания ее низкочастотного и высокочастотного каналов.

Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом диплексере, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов, согласно техническому решению, резонаторы выполнены полуволновыми и связаны между собой электромагнитно и кондуктивно за счет отрезков-перемычек, причем узкие отрезки полосковых проводников резонаторов имеют Г-образную форму и соединены между собой широким отрезком, при этом общий вход размещен на широком отрезке полоскового проводника центрального резонатора, со стороны противоположной свободному концу.

Также новым является то, что число резонаторов n, где n=5, 7, 9, … .

Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств конструкции, в частности расширение смежных полос пропускания ее низкочастотного и высокочастотного каналов, реализованное за счет использования полосковых отрезков-перемычек.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1, Фиг. 3 – конструкции микрополосковых диплексеров, Фиг. 2 и Фиг. 4 – их амплитудно-частотные характеристики (S₂₁, S₃₁, S₁₁), соответственно.

Заявляемый микрополосковый диплексер (Фиг. 1), содержит диэлектрическую подложку (1), на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов (2-18), причем протяженные отрезки (2), (6), (8), (12), (14), (18) с одного конца соединены с заземляемым основанием. При этом узкие отрезки полосковых проводников (2) и (3), а также (6) и (5) имеют Г-образную форму, между которыми расположен широкий отрезок (4). Аналогично, отрезки (8) и (9), а также (12) и (11) имеют Г-образную форму, между которыми расположен широкий отрезок (10). Также, аналогично, узкие отрезки полосковых проводников (14) и (15), а также (18) и (17) имеют Г-образную форму, между которыми расположен широкий отрезок (16). При этом смежные, заземляемые на основание с одного конца отрезки (6) и (8) соединены между собой через отрезок-перемычку (7). Аналогично, смежные отрезки (12) и (14) соединены между собой через отрезок-перемычку (13).

Разберем принцип действия микрополоскового диплексера. Расположенные (Фиг. 1) на диэлектрической подложке (1), свернутые полосковые проводники (2-18), выполняют функцию трех микрополосковых резонаторов. Первый резонатор образован полосковыми проводниками из соединенных между собой отрезков (2)-(6). Благодаря тому, что его широкий отрезок (4) имеет меньшую ширину, чем аналогичные отрезки (10) и (16) других резонаторов, его нижайший резонанс участвует в формирование высокочастотной полосы пропускания диплексера (Фиг. 2). Прошедший сигнал, поступает на второй порт конструкции (20), расположенный на протяженном отрезке (2).

Второй резонатор, расположенный в центре конструкции, состоит из соединенных между собой отрезков (8)-(12). Благодаря тому, что его широкий отрезок (10) имеет большую ширину, чем аналогичный отрезок первого резонатора, его нижайший резонанс находится на частотах между смежными полосами пропускания. Входной сигнал, поступает на первый порт (общий вход) конструкции (19), расположенный на широком отрезке (10), со стороны противоположной свободному концу.

Третий резонатор также образован отрезками проводника (14)-(18). Благодаря тому, что его широкий отрезок (16) имеет большую ширину по сравнению с аналогичными отрезками как первого так и второго резонаторов, его нижайший резонанс участвует в формировании низкочастотной полосы пропускания (Фиг. 2). Прошедший сигнал, поступает на третий порт конструкции (21).

Таким образом, заявляемый микрополосковый диплексер, по сути, представляет собой два полосно-пропускающих фильтра, в которых центральный резонатор является общим, а расположенные по разные стороны от него полуволновые резонаторы формируют два канала прохождения электромагнитного сигнала. Так как каждая пара крайних отрезков всех трех резонаторов с одного конца соединена с заземляемым основанием, то используемые резонаторы в конструкции – полуволновые.

Увеличение числа резонаторов в конструкции n, осуществляется добавлением пары резонаторов, по одному с каждого края диплексера, поэтому трехрезонаторный диплексер имеет параметр n = 3 (Фиг. 1), пятирезонаторный – n = 5 (Фиг. 3) и т.д.

Варьируя длину и ширину отрезов полосковых проводников резонаторов диплексера можно корректировать его резонансные частоты, что позволяет настроить полосы пропускания заявляемой конструкции, в том числе и смежные, с максимально допустимым уровнем потерь на отражение в каждой полосе S₁₁ ≤ –14 дБ.

Изменяя длину и ширину отрезков-перемычек, а также их вертикальное смещение, можно существенно расширить полосу пропускания каждого канала диплексера.

Благодаря большому скачку волновых сопротивлений отрезков микрополосковых линий высокочастотная полоса заграждения каждого канала существенно расширена. Наращивание количества резонансов в каждом канале сопровождается ростом крутизны склонов полос пропускания обоих каналов и увеличением подавления мощности на частотах полос заграждения микрополоскового диплексера.

Кроме того, заявляемый микрополосковый диплексер имеет большую технологичность изготовления по сравнению с аналогом, обусловленную отсутствием сквозных круглых отверстий в диэлектрической подложке, заполненных проводящим материалом.

Пример выполнения микрополоскового трехмодового (n=3) диплексера (Фиг. 1). В конструкции была использована подложка размерами 7.05×19.45×1.00 мм³ с диэлектрической проницаемостью ε_r=9.8 (СВЧ материал – поликор). Отступы от краев подложки до отрезков (2) и (18) равны толщине подложки h = 1 мм.

Конструктивные параметры микрополоскового диплексера, а в частности длина и ширина отрезков проводников трех резонаторов – (2): 6.05×0.55 мм², (3): 0.60×0.10 мм², (4): 5.05×2.90 мм², (5): 0.60×0.10 мм², (6): 6.05×0.65 мм², (7): 0.85×0.15 мм², (8): 6.05×0.60 мм², (9): 0.60×0.10 мм², (10): 5.05×4.45 мм², (11): 0.60×0.10 мм², (12): 6.05×0.60 мм², (13): 0.85×0.15 мм², (14): 6.05×0.65 мм², (15): 0.60×0.10 мм², (16): 5.60×5.05 мм², (17): 0.60×0.10 мм², (18): 6.05×0.55 мм².

Смещение отрезков (7) и (13) от края положки со стороны соединения отрезков на заземляемое основание – 1.85 мм. Смещение второго (20) и третьего (21) портов от края положки со стороны соединения отрезков на заземляемое основание – 3.65 мм, 4.75 мм, соответственно. Смещение первого (входного) (19) порта от левого края отрезка (10) составляет 3.75 мм.

Относительная ширина полосы пропускания низкочастотного канала диплексера, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈1.0 дБ, составляет Δf₁/f₁₀≈30%, высокочастотного – Δf₂/f₂₀≈26% при L_2 min≈0.9 дБ, соответственно (Фиг. 2).

Пример выполнения микрополоскового пятимодового (n=5) диплексера (Фиг. 3). В конструкции была использована подложка (1) размерами 6.90×28.50×1.00 мм³ с диэлектрической проницаемостью ε_r=9.8 (СВЧ материал – поликор). Отступы от краев подложки до отрезков (2) и (30) равны толщине подложки h = 1 мм.

Конструктивные параметры микрополоскового диплексера, а в частности длина и ширина отрезков проводников пяти резонаторов – (2): 5.90×0.70 мм², (3): 0.50×0.10 мм², (4): 4.90×2.55 мм², (5): 0.50×0.10 мм², (6): 5.90×0.40 мм², (7): 0.55×0.20 мм², (8): 5.90×0.40 мм², (9): 0.50×0.10 мм², (10): 4.90×2.85 мм², (11): 0.50×0.10 мм², (12): 5.90×0.35 мм², (13): 0.65×0.15 мм², (14): 5.90×0.30 мм², (15): 0.70×0.10 мм², (16): 4.90×4.15 мм², (17): 0.70×0.10 мм², (18): 5.90×0.30 мм², (19): 0.65×0.15 мм², (20): 5.90×0.35 мм², (21): 0.50×0.10 мм², (22): 5.60×4.90 мм², (23): 0.50×0.10 мм², (24): 5.90×0.40 мм², (25): 0.55×0.20 мм², (26): 5.90×0.40 мм², (27): 0.50×0.10 мм², (28): 5.35×4.85 мм², (29): 0.50×0.10 мм², (30): 5.90×0.70 мм². Смещение отрезков (7), (13), (19), (25) от края положки со стороны соединения отрезков на заземляемое основание – 1.20 мм, 1.80 мм, 1.85 мм, 1.55 мм, соответственно. Смещение второго (32) и третьего (33) портов от края положки со стороны соединения отрезков на заземляемое основание – 3.90 мм, 5.00 мм, соответственно. Смещение первого (31) порта от левого края отрезка (16) составляет 3.20 мм.

Относительная ширина полосы пропускания низкочастотного канала диплексера, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь L_1 min≈0.7 дБ, составляет Δf₁/f₁₀≈30%, высокочастотного – Δf₂/f₂₀≈25% при L_2 min≈0.7 дБ, соответственно.

Увеличению подавления мощности на частотах расширенной высокочастотной полосы заграждения обоих каналов способствует наблюдаемый на АЧХ диплексера полюс затухания (Фиг. 4).

Таким образом, заявляемый микрополосковый диплексер обладает улучшенными частотно-селективными свойствами, в частности расширенными смежными полосами пропускания его низкочастотного и высокочастотного каналов, что позволяет увеличить скорость передачи данных в беспроводных сетях, а также большей технологичностью изготовления.

.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, в частности к диплексерам. Микрополосковый диплексер содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов. При этом резонаторы выполнены полуволновыми и связаны между собой электромагнитно и кондуктивно за счет отрезков-перемычек, причем узкие отрезки полосковых проводников резонаторов имеют Г-образную форму и соединены между собой широким отрезком, при этом общий вход размещен на широком отрезке полоскового проводника центрального резонатора, со стороны, противоположной свободному концу. Технический результат - улучшение частотно-селективных свойств диплексера, расширение смежных полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов, отличающийся тем, что резонаторы выполнены полуволновыми и связаны между собой электромагнитно и кондуктивно за счет отрезков-перемычек, причем узкие отрезки полосковых проводников резонаторов имеют Г-образную форму и соединены между собой широким отрезком, при этом общий вход размещен на широком отрезке полоскового проводника центрального резонатора, со стороны, противоположной свободному концу.

2. Микрополосковый диплексер по п. 1, отличающийся тем, что число резонаторов n, где n=5, 7, 9, … .