Фильтр СВЧ Российский патент 2025 года по МПК H01P1/20 

Изобретение относится к устройствам СВЧ, а именно к полосно-пропускающим фильтрам СВЧ и предназначено для различных электронных устройств СВЧ: приемников СВЧ, передатчиков СВЧ, синтезаторов частоты.

При проектировании различных фильтров СВЧ часто используются в качестве резонатора разомкнутый или короткозамкнутый отрезок линии передачи.

Известен фильтр СВЧ, содержащий две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа сигнала СВЧ, другая – для выхода, несколько звеньев фильтра СВЧ, каждое из которых состоит из двух отрезков линии передачи. В каждом звене такого фильтра СВЧ отрезок линии передачи с большой величиной волнового сопротивления эквивалентен последовательной индуктивности, а отрезок линии передачи с малой величиной волнового сопротивления эквивалентен параллельной емкости, поэтому он имеет низкие потери СВЧ на низких частотах и высокие потери – на высоких частотах, то есть позволяет осуществить фильтрацию сигнала только на низких частотах (от частоты f = 0 до частоты среза fср) и не позволяет осуществить фильтрацию в рабочей полосе частот, ограниченной нижней f1 и верхней f2 частотами рабочей полосы [Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. – М., Связь. 1971, т. 1, с. 358 (рис. 5), с. 359 (рис. 6)].

Известен фильтр СВЧ, принятый за прототип, содержащий две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа сигнала СВЧ, другая – для выхода, между которыми расположено по крайней мере одно звено фильтра СВЧ, выполненное из двух отрезков линии передачи, при этом один конец первого отрезка линии передачи соединен с линиями передачи на входе и выходе, другой конец – разомкнут, один конец второго отрезка линии передачи соединен с линиями передачи на входе и выходе, другой конец соединен с короткозамыкателем [Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. – М., Связь. 1971, т. 1, с 309 (рис. 5)] .

Наличие в каждом звене такого фильтра СВЧ обеспечивает малые потери СВЧ вблизи центральной частоты и большие – вдали от этой частоты и тем самым позволяет осуществить фильтрацию сигнала СВЧ в рабочей полосе частот, ограниченной нижней f1 и верхней f2 частотами рабочей полосы.

Однако в этом фильтре входной сигнал СВЧ с частотой, лежащей вне рабочей полосы частот, отражается от входа фильтра СВЧ. Поскольку в подавляющем большинстве случаев фильтр СВЧ используется не сам по себе, а в составе различных устройств СВЧ (усилителей, преобразователей частоты, генераторов и т.п.), то такое отражение сигнала СВЧ от входа фильтра с последующим многократным его переотражением приводит к нежелательным (паразитным) колебаниям и в конечном счете – к возбуждению устройств СВЧ, содержащих этот фильтр СВЧ.

Техническим результатом изобретения является подавление отражений сигнала СВЧ вне рабочей полосы частот фильтра СВЧ при сохранении малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот фильтра СВЧ.

Указанный технический результат достигается тем, что фильтр СВЧ, содержит две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа сигнала СВЧ, другая – для выхода, между которыми расположено по крайней мере одно звено фильтра, выполненное из двух отрезков линии передачи, при этом

один конец первого отрезка линии передачи звена соединен с линиями передачи на входе и выходе, другой конец разомкнут, один конец второго отрезка линии передачи звена соединен с короткозамыкателем. Звено фильтра СВЧ дополнительно содержит резистор и третий отрезок линии передачи, один конец которого соединен со вторым концом второго отрезка линии передачи звена , а второй конец с резистором, другой конец которого соединен с короткозамыкателем, длины первого и третьего отрезков линии передачи кратны половине длины волны, распространяющейся в этих отрезках линии передачи звена, длина второго отрезка линии передачи кратна нечетному числу четверти длины волны, распространяющейся в этом отрезке линии передачи.

Раскрытие сущности изобретения

Наличие в каждом звене фильтра СВЧ дополнительно резистора, как элемента поглощения сигнала СВЧ и преобразования его в тепловую энергию и в совокупности: с предложенным соединением резистора со вторым отрезком линии передачи, когда один конец этого отрезка линии передачи разомкнут, либо заземлен (короткозамкнут),

когда его длина кратна в случае разомкнутого его конца нечетному числу четверти длин волн, в случае заземленного его конца половине длины волны распространяющейся в этом отрезке линии передачи на центральной частоте рабочей полосы пропускания,

когда резистор заземлен.

Это обеспечивает их соединение (резистора со вторым отрезком линии передачи) в виде параллельной цепи, и тем самым – активное включение резистора (как элемента поглощения сигнала СВЧ) на частотах, лежащих вне рабочей полосы частот фильтра СВЧ и, как следствие, – подавление отражений сигнала СВЧ вне этой полосы частот при сохранении малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот.

Наличие в каждом звене фильтра СВЧ дополнительно третьего отрезка линии передачи в совокупности:

с наличием резистора,

с предложенным их соединением (третьего отрезка линии передачи с резистором) обеспечивает трансформацию полного сопротивления упомянутой параллельной цепи с резистором к первому концу первого отрезка линии передачи звена фильтра СВЧ и тем самым реализацию активного влияния резистора на распространяющийся в фильтре сигнал СВЧ и, как следствие, – подавление отражений сигнала СВЧ вне рабочей полосы частот при сохранении малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот.

Предложенная длина третьего отрезка линии передачи обеспечивает отключение упомянутой параллельной цепи с резистором на центральной частоте и частотах в пределах рабочей полосы частот и тем самым – реализацию условий отсутствия влияния резистора на распространение сигнала СВЧ с частотой, лежащей внутри рабочей полосы частот и, как следствие, – сохранение малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот.

Итак, заявленная совокупность существенных признаков реализует указанный технический результат, а именно подавление отражений сигнала СВЧ вне рабочей полосы частот при сохранении малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот фильтра СВЧ.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена гибридная интегральнальная схема звена заявляемого фильтра СВЧ, где

- линии передачи на входе и выходе – 1, 2 соответственно,

- первый и второй отрезки линии передачи – 3 и 4 соответственно,

- третий отрезок линии передачи – 5,

R – резистор, Кз – короткозамыкатель.

На фиг. 2 представлена электрическая схема заявляемого фильтра СВЧ, где Z₀ – волновое сопротивление линий передач,

l – длина отрезка.

На фиг. 3 представлена зависимость модуля коэффициента передачи от частоты заявляемого фильтра СВЧ.

Пример

Фильтр СВЧ с центральной частотой 15 ГГц, рабочей полосой частот 2 ГГц, коэффициент поглощения модуля в рабочей полосе частот не более 0,2 дБ рассмотрен для частного случая исполнения фильтра СВЧ.

Фильтр СВЧ, выполнен в гибридном интегральном исполнении на подложке из диэлектрического материала – поликора, с относительной диэлектрической проницаемостью равной 9,6 и толщиной равной 0,5 мм с использованием классической тонкопленочной технологии с толщиной пленки меди равной 5 мкм.

Линии передачи на входе 1 и выходе 2, отрезки линии передачи первый 3, второй 4 и третий 5 выполнены с волновым сопротивлением, равным 50 Ом, что соответствует ширине проводников 0,48 мм.

Длина волны, распространяющейся в отрезках линии передачи 3, 4, 5 на центральной частоте рабочей полосы фильтра СВЧ, равна 8 мм.

Длина второго отрезка линии передачи 4 равна 4 мм, что соответствует половине длины волны, а длина третьего отрезка линии передачи 6 равна 2 мм, что соответствует четверти длины волны.

Резистор 5 имеет сопротивление равное 25 Ом и выполнен из пленки тантала толщиной 5 мкм, шириной 1 мм и длиной 0,5 мм.

Заземление отрезка линии 5 и резистора R осуществляется через металлизированные отверстия в диэлектрической подложке.

Заявленный фильтр СВЧ работает следующим образом.

Если на вход 1 заявленного фильтра подают сигнал СВЧ с частотой, лежащей внутри рабочей полосы частот, то такой сигнал в фильтре СВЧ не поглощается и не отражается, поэтому на выход 2 фильтра СВЧ этот сигнал проходит практически без изменения.

Если на вход 1 фильтра подают сигнал СВЧ с частотой, лежащей вне рабочей полосы частот, то такой сигнал в фильтре СВЧ не отражается, как это имело место в прототипе, а поглощается и поэтому на выход фильтра СВЧ этот сигнал практически не проходит.

На изготовленных образцах фильтра СВЧ измерены зависимости от частоты модуля коэффициента передачи (фиг. 3).

Как видно из фиг. 3 в рабочей полосе частот квадрат модуля коэффициента передачи не превышает 0,2 дБ, а вне полосы - превышает 10 дБ.

Таким образом, заявленная конструкция фильтра СВЧ по сравнению с прототипом обеспечит практически полное подавление отражений сигнала СВЧ вне рабочей полосы частот фильтра СВЧ, примерно на 90 процентов, при сохранении малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот фильтра СВЧ.

Более того, с каждым последующим добавлением нового звена фильтра СВЧ рабочая полоса частот увеличивается.

Заявленный фильтр СВЧ может найти применение в электронных устройствах СВЧ – приемниках СВЧ, передатчиках СВЧ, синтезаторах частоты, в которых возможность обеспечения подавления отражений сигнала СВЧ вне рабочей полосы частот является актуальным.

Изобретение относится к СВЧ технике. Фильтр СВЧ, содержащий две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа сигнала СВЧ, другая для выхода, между которыми расположено по крайней мере одно звено фильтра, выполненное из двух отрезков линии передачи, при этом один конец первого отрезка линии передачи звена соединен с линиями передачи на входе и выходе, другой конец разомкнут, один конец второго отрезка линии передачи звена соединен с короткозамыкателем. Звено фильтра СВЧ дополнительно содержит резистор и третий отрезок линии передачи, один конец которого соединен со вторым концом второго отрезка линии передачи звена, а второй конец – с резистором, другой конец которого соединен с короткозамыкателем, длины первого и третьего отрезков линии передачи кратны половине длины волны, распространяющейся в этих отрезках линии передачи звена, длина второго отрезка линии передачи кратна нечетному числу четверти длины волны, распространяющейся в этом отрезке линии передачи. Технический результат: подавление отражений сигнала СВЧ вне рабочей полосы частот фильтра СВЧ при сохранении малых потерь СВЧ в рабочей полосе частот фильтра СВЧ. 3 ил.

Фильтр СВЧ, содержащий две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа сигнала СВЧ, другая для выхода, между которыми расположено по крайней мере одно звено фильтра, выполненное из двух отрезков линии передачи, при этом один конец первого отрезка линии передачи звена соединен с линиями передачи на входе и выходе, другой конец разомкнут, один конец второго отрезка линии передачи звена соединен с короткозамыкателем, отличающийся тем, что звено фильтра СВЧ дополнительно содержит резистор и третий отрезок линии передачи, один конец которого соединен со вторым концом второго отрезка линии передачи звена, а второй конец – с резистором, другой конец которого соединен с короткозамыкателем, длины первого и третьего отрезков линии передачи кратны половине длины волны, распространяющейся в этих отрезках линии передачи звена, длина второго отрезка линии передачи кратна нечетному числу четверти длины волны, распространяющейся в этом отрезке линии передачи.