Микрополосковый фильтр верхних частот Советский патент 1992 года по МПК H01P1/203 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокочастотных блоках приемопередающих устройств.

Известен фильтр верхних частот на мик- рополосковой линии. Фильтр содержит ди- электрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована, а на другой - расположены токоведущий проводник микрополосковой линии с разрывами, которые образуют последовательные емкости, входная и выходная линии и корот- козамкнутые шлейфы с высоким волновым сопротивлением, которые подключены к то- коведущему проводнику посередине между емкостями. При этом в подложке выполне- ны отверстия, в которых расположены перемычки, обеспечивающие электрический контакт шлейфов с металлизацией.

Недостатком фильтра являются плохие электрические характеристики, а именно большой уровень КСВН и затухания в полосе пропускания, малая крутизна АЧХ в пере- ходной области, увеличение которой достигается увеличением числа звеньев фильтра, однако это ведет к дальнейшему росту КСВН, затухания и изрезанное™ АЧХ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фильтр верхних частот. Фильтр содержит феррито- вую подложку, одна сторона которой полно- стью металлизирована, а на другой стороне расположен токоведущий проводник микрополосковой линии с разрывом, в который включена последовательная емкость (сосредоточенная), а также короткозамкнутые шлейфы, подключенные к токоведущему проводнику симметрично относительно емкости в непосредственной близости от нее по разнйе стороны от токоведущего проводника, т.е. электромагнитно не связаны одни с другими, а их длина выбрана из условия обеспечения характеристики фильтра верхних частот.

Недостатками известного фильтра являются неудовлетворительные электриче-

ские характеристики, а именно большой уровень КСВН и затухания в полосе пропускания, малая крутизна АЧХ в переходной области, увеличение которой достигается совмещением характеристики фильтра верхних частот и ферромагнитного резонанса, а также увеличением числа звеньев фильтра, что ведет к дальнейшему росту КСВН, затухания и изрезанности АЧХ. При массовом производстве таких фильтров оказывается высокий процент отбраковки, поскольку необходимо совмещать характеристики фильтра верхних частот и ферромагнитного резонанса, разброс всех параметров элементов фильтра при их изготовлении ведет к еще большему отклонению амплитудно-частотных характеристик от оптимальной. Кроме того, если даже и удается изготовить фильтр с небольшими отклонениями от расчетной АЧХ, то такой фильтр не обладает способностью даже слабой коррекции АЧХ.

В связи с этим электрические характеристики фильтров трудно воспроизводимы, что накладывает на использование таких фильтров определенные ограничения.

Целью изобретения является повышение избирательности и обеспечение возможности подстройки.

На чертеже представлено схематичное изображение фильтра верхних частот.

Фильтр содержит диэлектрическую подложку 1, на которой расположены входная линия 2, последовательные емкости 3, образованные разрывами в токоведущем проводнике или сосредоточенными емкостями, включаемыми в разрывы токоведущего проводника, выходная линия 4, короткозамкнутые шлейфы 5 с высоким волновым сопротивлением, попарно подключаемые симметрично относительно емкостей, и дополнительную металлизацию 6, дополнительные проводящие пластины 7.

Расчет фильтра проводится следующим образом.

Фильтр, состоящий только из емкости, имеет потери на частоте среза fcp. равные 3 дБ в случае, если реактивное сопротивление равнб волновому сопротивлению тракта

Хг - Zo -

1

2ятср С

где Z0 - волновое сопротивление СВЧ тракта.

Резонансная частота контура, образованного этой емкостью и близкорасположенными шлейфами, обладающими общей индуктивностью , равна

fcp -

1 Г

1

2п С

Lo6-1,33Lco6.(5)

Выражение (3) определяет зависимость

общей индуктивности от частоты среза

fcp. С другой стороны, если волновое сопро5 тивление отрезка линии велико, то его индуктивность определяется волновым сопротивлением Zi, шириной токопроводя- щего проводника W, эффективной диэлектрической проницаемостью Јэф

10

I ZiliVЈ tT Uoe- -.

(6)

где с скорость света.

15 Приравнивая формулы (3) и (5), находят длину отрезка линии

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в частотно-избирательных цепях. Цель изобретения - повышение избирательности и обеспечение возможности подстройки. Микрополосковый фильтр высоких частот содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой металлизирована, а на другой размещены полосковые проводники 2, крайние из которых являются входами и соединенные между собой посредством емко- стных зазоров или конденсаторов 3. Перпендикулярно полосковым проводникам 2 подключены короткозамкнутые шлейфы 5, выполненные в виде двух проводников, имеющих электромагнитную связь и подключенных к полосковым проводникам 2 симметрично и по разные стороны относительно емкостных зазоров или конденсаторов 3. На двух проводниках каждого шлейфа 5 симметрично размещена введенная металлическая пластина 7, замыкающая их между собой и установленная с возможностью перемещения вдоль проводников. Ширина металлической пла

где Lo6 Ксоб + Mm;

Mik - коэффициенты взаимоиндукции соответствующих шлейфов.

Из (2) находим индуктивность

Lo6

1

4 л2 fc С

Выражение для Mik- взаимной индуктивности шлейфов можно получить с помощью метода средних потенциалов. Проведя все необходимые преобразования, предусмот- ренные методом средних потенциалов, получают выражение для определения взаимной индуктивности шлейфов с индексами I, k

ii + VHH- w

In

Sik

Vlf + W f -Wk Wi

где li, Ik - нормированные на h величины длин шлейфов;

Wi, WK - нормированные на h величины ширины МПЛ шлейфов;

Sik- нормированные расстояния между ними.

Из общей радиотехники известно, ято фильтр на связанных контурах (линиях) имеет максимально возможную полосу пропускания с минимальным уровнем пульсаций в полосе при величине оптимальной связи, т.е. при коэффициенте взаимоиндукции, равном примерно 1/3 от собственной индуктивности шлейфа, Мш/Цоб 1/3 - 0,33, Численное моделирование выражения (3) по условию оптимальности величины связи (т.е. Mik/Uo6 0,33, Mike О.ЗЗЦоб) приводит к условию

11

20

5,32 л fcp Zi

(7)

тогда длина одного шлейфа равна I И/2

или

25

I -.

10,64 jrfcpZi

(8)

Отметим, что в выражении (7) учтена взаимоиндукция соседних шлейфов, а также дисперсионные явления в МПЛ.

Zi рассчитывается по известным формулам

z.- ffiHi+- h

+

е + 1 ,„ лге / W

4 +

In ь , QQ4 .

m 2 2h + u,wj +

(4) 40

5

Zi

377

,n

8h

W

+ 1(

W

8 V 2h

2tfV(g + l)/2

(hf+7lnl)l ):

Условие (5) выполняется при S (4...6)W, что доказывается экспериментально.

Микрополосковый фильтр верхних частот работает следующим образом.

При подаче сигнала сложного спектра на вход 2 фильтра сигналы с частотами выше частоты среза fcp проходят к выходной линии 4 через емкости 3 и шлейфы 5, сигналы же с частотами менее fcp предлагаемым устройством подавляются, настройка осуществляется перемещением проводящих пластин.

Опираясь на экспериментальные исследования, можно рекомендовать расстояние между шлейфами равное (4-6)W/h, поскольку в этом случае потери в полосе пропускания будут минимальны и не будут превышать 1 дБ. При изменении расстояния в сторону уменьшения потери будут возрастать из-за того, что начинает отличаться от оптимальной взаимоиндукция связанных линий, образованных близлежащими шлейфами, и соответственно изменяются элементы фильтра по сравнению с расчетными.

При увеличении расстояния между шлейфами более 6W/h ухудшение характеристики происходит из-за рассредоточенных неоднородностей, обусловленных включением шлейфов и емкостей, и возникающих в связи с этим интерференционных явлений, подобных явлениям, возникающих в прототипе.

В таблице приведен сравнительный анализ характеристик известного и предлагаемого фильтров.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения обусловлена возможностью реализации высоко- качестйенных фильтров, сочетающих свойства воспроизводимости электрических характеристик, возможности перестройки, малым уровнем потерь и КСВН. Формула изобретения Микрополосковый фильтр верхних частот, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована. а на другой размещены полосковые проводники, соединенные между собой посредством емкостных зазоров или конденсаторов,

и короткозамкнутые шлейфы, перпендикулярно подключенные к полосковым проводникам, отличающийся тем. что, с целью повышения избирательности и обеспечения подстройки, каждый короткозамкнутый

шлейф выполнен в виде двух проводников, имеющих электромагнитную связь, подключенных к полосковым проводникам симметрично и по разные стороны относительно емкостного зазора или конденсатора и на

которых симметрично размещена введенная металлическая пластина, замыкающая их между собой и установленная с возможностью перемещения вдоль двух проводников, при этом ширина металлической

пластины выбрана менее 5(S + 2W), где S - расстояние между двумя проводниками. W - ширина проводников, а отношение S к толщине h диэлектрической подложки выбрано в пределах (4-6) W/h.