Полосно-пропускающий фильтр

 

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах приемопередающих систем. Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров подложки и, как следствие, размеров фильтра, увеличение ширины полосы заграждения и уменьшение потерь в полосе пропускания фильтра. Полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на обе стороны которой нанесены закороченные с одного конца полосковые проводники, причем проводники, образующие резонатор, закорачиваются на противоположных краях подложки. Подложка монтируется пайкой закорачиваемых концов полосковых проводников к стенкам корпуса фильтра или к стенкам углубления в корпусе СВЧ схемы. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах приемопередающих систем.

Известен микрополосковый фильтр решетчатого типа [1], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на второй нанесены полосковые проводники резонаторов, электромагнитно связанных между собой по всей длине. Основными достоинствами такой конструкции являются малые размеры и простота изготовления. Однако на частотах ниже 1 ГГц такие конструкции уже не помещаются на подложки стандартных размеров. Кроме того, их первая паразитная полоса пропускания расположена на частотах, превышающих рабочие всего лишь в два раза.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является полосовой гребенчатый фильтр [2], содержащий диэлектрическую подложку, металлизированную с одной стороны, на другой стороне которой размещены полосковые проводники, закороченные с одного конца. Площадь подложки такого фильтра примерно в два раза меньше, чем у описанного выше аналога [1], настроенного на ту же частоту, а первая паразитная полоса пропускания приходится на частоты, превышающие рабочие уже в три раза. Однако на частотах ниже 500 МГц возникают вышеупомянутые трудности в использовании стандартных подложек. Не всегда достаточной является полоса заграждения, обеспечиваемая подобной конструкцией.

Кроме того, с понижением частоты, при прочих равных условиях, добротность резонаторов падает, что ведет к увеличению потерь в полосе пропускания фильтров.

Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров подложки и, как следствие, размеров фильтра, увеличение ширины полосы заграждения и уменьшение потерь в полосе пропускания фильтра.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, новым является то, что на вторую сторону подложки вместо заземляемого основания также нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники.

Отличия заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключаются в том, что подложка фильтра подвешена, а вместо заземляемого основания на подложку нанесены короткозамкнутые проводники.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены конструкция заявляемого фильтра (фиг.1, 2), конструкции и топологии проводников вариантов исполнения фильтра (фиг.3-6), амплитудно-частотная характеристика конкретной реализации заявляемой конструкции фильтра (фиг.7).

Заявляемый фильтр состоит из диэлектрической подложки 1 (фиг.1), на обе поверхности которой нанесены полосковые проводники резонаторов 2 и 3. Причем проводники, образующие резонатор, короткозамкнуты на противоположных краях подложки. На фиг.2 изображен разрез конструкции вдоль полосковых проводников, поясняющий способ монтажа подложки фильтра, где позицией 1 обозначена подложка, 2 и 3 - полосковые проводники, 4 - стенки корпуса фильтра или углубления в корпусе СВЧ схемы, 5 - пайка.

Так как подложка фильтра подвешена и полосковые проводники, образующие резонатор, короткозамкнуты на противоположных краях подложки, их суммарная индуктивность значительно превосходит индуктивность полоскового проводника резонатора в фильтре-прототипе. Вследствие этого, резонаторы заявляемого фильтра имеют существенно меньшую длину, по сравнению с резонаторами фильтра-прототипа, настроенного на ту же частоту, при этом в их более коротких проводниках меньшими становятся джоулевы потери. Благодаря последнему обстоятельству резонаторы заявляемого фильтра имеют большую, по сравнению с фильтром-прототипом, добротность, а, следовательно, потери фильтра в полосе пропускания становятся меньше.

Вследствие того, что относительная отстройка второго резонанса в резонаторе заявляемого фильтра значительно больше, чем в резонаторе фильтра-прототипа, то и высокочастотная полоса заграждения в заявляемом фильтре шире. Так, например, в фильтре на подложке из ТБНС (диэлектрическая проницаемость ε=80) толщиной 1 мм частоты первой паразитной полосы пропускания в четыре раза превышают частоты рабочей полосы, и эта разница растет с уменьшением толщины подложки.

Короткое замыкание проводников фильтра, расположенных на одной поверхности подложки, может выполняться на разных краях последней, как показано, например, на фиг.3. В этом случае, благодаря конкуренции индуктивного и емкостного взаимодействий между резонаторами, вблизи полосы пропускания фильтра появляются полюса затухания, увеличивающие крутизну ее склонов.

Относительную отстройку второго резонанса, а следовательно, и высокочастотную полосу заграждения фильтра можно увеличить, уменьшая перекрытие l полосковых проводников длиной L_r, образующих резонатор (см. фиг.4, обозначения те же, что и на фиг.2). При уменьшении упомянутого перекрытия частота второго резонанса растет значительно быстрее, чем частота рабочего резонанса, чем и достигается положительный эффект. Иначе говоря, для расширения полосы заграждения необходимо выполнить проводники резонаторов таким образом, чтобы l<L.

Повышение частоты фильтра при упомянутом выше уменьшении перекрытия проводников можно компенсировать (или же уменьшить размеры фильтра при заданной частоте), выполнив полосковые проводники таким образом, чтобы их ширина на неперекрывающихся участках W_i была меньше, чем ширина проводников на перекрывающихся участках W_e (фиг.5 а и б).

Вследствие того, что взаимодействие между резонаторами, образованными ровными полосковыми проводниками, на частотах в области полосы пропускания преимущественно индуктивное, низкочастотный склон АЧХ фильтра более пологий, по сравнению с высокочастотным. Для того чтобы сменить тип взаимодействия между резонаторами (на емкостной) и повысить крутизну низкочастотного склона АЧХ, можно полосковые проводники резонаторов расщепить со стороны разомкнутого конца, а образовавшиеся в результате расщепления концы загнуть в обратном направлении. На фиг.6 приведены варианты (а и б) топологии проводников вышеописанной конструкции.

Фильтр работает следующим образом.

Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам внешних резонаторов, например, кондуктивно в точках, определяемых заданным уровнем отражений в полосе пропускания. Сигналы на частотах, попадающих в полосу пропускания, с минимальными потерями проходят с входа фильтра на выход, а на частотах вне полосы пропускания - отражаются от входа фильтра.

На фиг.7 приведена АЧХ четырехзвенного фильтра заявляемой конструкции, настроенного на частоту 250 МГц и имеющего следующие конструктивные параметры. Подложка из керамики ТБНС (ε=80) размерами 21×17 мм, толщиной 0.5 мм; полосковые проводники имели ширину 2 мм, длина проводников крайних резонаторов 20 мм, средних 19.5 мм; зазоры между резонаторами: 3 мм средний, 2.5 мм крайние. Подложка смонтирована в корпусе размерами 23×20×6 мм. Из приведенной на фиг.7 АЧХ фильтра видно, что минимальные потери в его полосе пропускания составляют 1.5 дБ, а высокочастотная полоса заграждения простирается до частот, более чем в четыре раза превышающих центральную. Фильтр-прототип, настроенный на такую же полосу пропускания, имеет минимальные потери 2.7 дБ, размеры подложки 41×12 мм, а полосу заграждения всего до 700 МГц.

Источники информации

1. Г.М.Аристархов, Ю.П.Вершинин, В.П.Чернышев. Микрополосковый фильтр решетчатого типа на основе многопроводной системы связанных линий с неравными фазовыми скоростями. Электронная Техника. Сер. 10. Микроэлектронные устройства, 1983, вып.1(37), с.21.

2. А.с. №886106, кл. Н 01 Р 1/205, БИ. №44, 30.11.81, (прототип).

Формула изобретения

1. Полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены полосковые проводники, закороченные с одного конца, отличающийся тем, что на вторую сторону также нанесены полосковые проводники, закороченные с одного конца, причем проводники, образующие каждый из резонаторов фильтра, расположены на разных поверхностях подложки и закорочены противоположными концами.

2. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что полосковые проводники выполнены таким образом, что l<L, где l - длина области перекрытия полосковых проводников, образующих резонатор, а L_r - длина самих проводников.

3. Полосно-пропускающий фильтр по п.2, отличающийся тем, что полосковые проводники выполнены таким образом, что W_i<W, где W_e - ширина полосковых проводников на участке, где они перекрываются, a W_i - ширина полосковых проводников на участках вне их перекрытия.

4. Полосно-пропускающий фильтр по п.1, отличающийся тем, что полосковые проводники резонаторов расщеплены со стороны незакороченного конца, а образовавшиеся в результате расщепления концы загнуты в обратном направлении.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7