Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Авторы патента:

Беляев Борис Афанасьевич (RU)

Сержантов Алексей Михайлович (RU)

Бальва Ярослав Федорович (RU)

Волошин Александр Сергеевич (RU)

Лексиков Александр Александрович (RU)

H01P1/203 - Волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов (работающие в оптическом диапазоне G02B; антенны H01Q; цепи, содержащие элементы с сосредоточенным полным сопротивлением H03H)

Владельцы патента RU 2504870:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров. Микрополосковый фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, причем только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники разомкнуты. 3 ил.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.

Известен микрополосковый полосно-пропускающий фильтр [Патент RU №2182738, МКИ⁷ Н01Р 1/203, 1/205, бюл. №14 от 20.05.2002], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены прямолинейные полосковые проводники. В таком фильтре полосковые проводники вместе с диэлектрической подложкой и заземляемым экраном образуют регулярные четвертьволновые микрополосковые резонаторы, электромагнитно связанные между собой.

Недостатком такой конструкции фильтра является то, что он имеет полосу заграждения не более октавы, а возможности расширения его полосы пропускания ограничиваются тем обстоятельством, что емкостное и индуктивное взаимодействие резонаторов вычитаются друг из друга. Это не позволяет достичь достаточно большой величины полного коэффициента связи, необходимого для реализации широкой полосы пропускания фильтра.

Наиболее близким аналогом является гребенчатый полосно-пропускающий микрополосковый фильтр [Патент RU №2148286, МКИ⁷ Н01Р 1/205, 1/203, бюл. №12 от 27.04.2000 (прототип)], содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены короткозамкнутые полосковые проводники, связанные между собой электромагнитно и кондуктивно. Проводники резонаторов выполнены прямолинейными, кроме того, между полосковыми проводниками, являющимися резонаторами, нанесены дополнительные короткозамкнутые полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами. Длина дополнительных полосковых проводников выполнена изменяемой.

Недостатками гребенчатого полосно-пропускающего микрополоскового фильтра являются узкая высокочастотная полоса заграждения и сравнительно большие размеры.

Техническим результатом изобретения является расширение высокочастотной полосы заграждения широкополосного полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшение его размеров.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, новым является то, что только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники не короткозамкнуты. Иначе говоря, проводники внутренних резонаторов одним концом соединены между собой и короткозамкнутыми проводниками внешних резонаторов с помощью дополнительных проводников.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, не короткозамкнуты.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов.

На фиг.1а изображена топология проводников пятирезонаторного фильтра прототипа, а на фиг.1б - топология проводников заявляемого микрополоскового фильтра пятого порядка.

На фиг.2 изображены рассчитанные амплитудно-частотные характеристики заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра прототипа (штриховая линия).

На фиг.3 изображены амплитудно-частотные характеристики фильтра пятого порядка, измеренные на экспериментальном макете.

Заявляемый микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (фиг.1б) содержит диэлектрическую подложку 1, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую сторону нанесены параллельные прямолинейные полосковые проводники 2 и 3, причем внешние проводники 3 короткозамкнуты с одной стороны на экран, а внутренние 2 кондуктивно соединены с одного конца между собой и соединены с внешними короткозамкнутыми проводниками с помощью дополнительных проводников 4. Внешние проводники 3 также кондуктивно подключены к входной и выходной линиям передачи.

Фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам, как показано на фиг.1б, причем расстояние от заземленных концов проводников до точек подключения внешних линий передачи определяется заданным уровнем отражений в полосе пропускания фильтра. Сигналы, частоты которых попадают в полосу пропускания, проходят на выход фильтра с минимальными потерями, в то время как на частотах вне полосы пропускания происходит отражение сигналов от входа устройства.

Благодаря наличию дополнительного проводника все параллельные проводники, образующие резонаторы, связаны между собой не только электромагнитно, но и кондуктивно. Величину коэффициента связи можно изменять, варьируя как величины зазоров между резонаторами S, так и расстояние от дополнительного проводника до экрана l₁. Как известно, ширина полосы пропускания фильтра определяется, при прочих равных условиях, величиной коэффициента связи между резонаторами. Меняя расстояние l₁ от дополнительного проводника до экрана, можно в широких пределах менять величину коэффициента связи между резонаторами, не меняя при этом расстояния между ними. Благодаря этому можно получить относительную ширину полосы пропускания до 120% и более, с величинами зазоров достаточными, чтобы обеспечить электрическую прочность фильтра, требуемую для работы с уровнями мощности в десятки ватт. Ширина дополнительного проводника может быть выбрана достаточно малой, что приводит к увеличению его погонной индуктивности. Это существенно уменьшает длину полосковых проводников резонаторов заявляемого фильтра по сравнению с прототипом при одинаковой центральной частоте полосы пропускания, а также расширяет его высокочастотную полосу заграждения.

На фиг.2 приведены расчетные частотные зависимости вносимых потерь для заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра прототипа (пунктирная линия). Оба фильтра имеют центральную частоту f₀=2 ГГц и относительную ширину полосы пропускания Δf/f₀=70% по уровню - 3 дБ, КСВ в полосе пропускания фильтра не хуже 1,5. Расстояние между полосковыми проводниками внешних резонаторов было одинаковым для обоих фильтров, а ширина полосковых проводников всех резонаторов была одинаковой и равна 1 мм. В качестве материала подложек был выбран поликор с относительной диэлектрической проницаемостью ε=9.8; толщина подложек h_d=1 мм. В расчетной модели заявляемого фильтра расстояние от дополнительного проводника до экрана l₁=3.5 мм, а зазоры между проводниками резонаторов: S₁=0.5 мм, S₂=2.5 мм. При этом размеры микрополосковой структуры в заявляемом фильтре составили 11×16 мм, в то время как размеры фильтра прототипа составили 11×21 мм², т.е. заявленный фильтр имеет существенно меньшие размеры при прочих равных условиях, что подтверждает заявленный технический результат.

Из графиков видно, что в области полосы пропускания амплитудно-частотные характеристики почти идентичны, однако первый паразитный высокочастотный резонанс у фильтра прототипа располагается на частоте 3.66 ГГц, а у заявляемого фильтра - на частоте 5 ГГц, т.е. практически в 1.4 раза дальше. Это отношение можно еще больше увеличить, уменьшая ширину дополнительного проводника w_p.

На фиг.3 приведены измеренные зависимости прямых потерь (точки) и потерь на отражение (штриховая линия) макета полосно-пропускающего фильтра пятого порядка на основе заявляемой конструкции. Его конструктивные параметры были следующими. Подложка выполнена из керамики ТБНС (ε=80) толщиной h_d=1 мм. При этом остальные параметры конструкции в миллиметрах были следующими: l_r=13.5, l₁=3.5, δ₁=1.2, δ₂=2.5, S₁=0.6, S₂=3.3, w₁=w₂=w₃=0.4, w_p=0.1, т.е. размеры микрополосковой структуры фильтра составили всего 13.5×9.3 мм². Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания, измеренную по уровню - 1дБ от уровня минимальных потерь, Δf/f₀=62%, и центральную частоту полосы пропускания f₀=945 МГц.

Таким образом, заявляемая конструкция позволяет реализовывать на ее основе миниатюрные широкополосные полосно-пропускающие фильтры с увеличенной высокочастотной полосой заграждения.

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону параллельно друг другу нанесены прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, отличающийся тем, что только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники разомкнуты.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к СВЧ переключателям на PIN-диодах. СВЧ переключатели применяются в приемопередающих системах для работы приемников и передатчиков в дуплексном режиме на одну антенну на одной частоте.

Полосно-заграждающий фильтр // 2498464

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для селекции СВЧ-сигнала. Техническим результатом является получение высокой крутизны склонов полосы заграждения на частоте F0 и сдвиг паразитной полосы заграждения дальше чем 3F0.

Многополосное устройство для соединения и разделения передачи и приема с широкой частотной полосой типа омт для сверхвысокочастотных телекоммуникационных антенн // 2497242

Изобретение относится к многополосному соединительному устройству излучения и приема с очень широкой частотной полосой пропускания типа ортомодового соединительного устройства (ОМТ), предназначенному для сверхвысокочастотных телекоммуникационных антенн.

Модуль свч // 2497241

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), а именно к конструкции корпусов интегральных модулей СВЧ-диапазона, используемых в радиоэлектронной аппаратуре.

Способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов и устройство его реализации // 2496192

Настоящее изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные компактные средства радиосвязи с заданным количеством радиоканалов.

Способ и устройство электрического управления фазой волноводного фазовращателя // 2494500

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот (СВЧ), а более конкретно к волноводным фазовращателям и предназначено, главным образом, для построения антенных решеток с электронным сканированием луча, например, миллиметрового диапазона длин волн.

Дискретный проходной фазовращатель // 2490757

Изобретение относится к области электроники сверхвысоких частот, а именно к дискретным фазовращателям проходного типа, и может быть использовано в качестве электронно-управляемых устройств в проходной фазированной антенной решетке.

Способ демодуляции фазомодулированных сигналов и устройство его реализации // 2490756

Микрополосковый диплексер // 2488200

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

Способ изготовления свч фильтра // 2487445

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к способам изготовления полосовых фильтров на диэлектрических резонаторах. .

Защитное устройство свч // 2504871

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. Достигаемый технический результат - расширение рабочей полосы частот и снижение прямых потерь СВЧ при сохранении допустимой входной мощности. Защитное устройство СВЧ содержит центральный проводник, один конец которого предназначен для входа сигнала СВЧ, другой - для выхода, соединенный с ним отрезок линии передачи, полупроводниковый прибор, выполненный в виде полевого транзистора с барьером Шотки, соединенный с другим концом отрезка линии передачи, резистор, включенный параллельно полупроводниковому прибору, емкость и индуктивность, отрезок линии передачи выполнен в виде отрезка одиночной линии передачи длиной, равной одной восьмой длины волны в отрезке линии передачи на центральной частоте рабочей полосы частот, и волновым сопротивлением, равным удвоенному значению волнового сопротивления центрального проводника, при этом величины емкости С и индуктивности L и сопротивление резистора выбраны в соответствии с заданными соотношениями. 4 ил.

Контактный свч переключатель // 2509395

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано для коммутации СВЧ сигналов в фидерных трактах различного назначения, в частности при создании переключателя фидерных трактов. Достигаемый технический результат - увеличение надежности, увеличение развязки при улучшении технологичности и уменьшении стоимости. Контактный СВЧ переключатель содержит входной и выходные разъемы, центральный полосок, жестко связанный с центральными проводниками входного и выходных разъемов, заземляющие пластины, электрически связанные с внешними проводниками входного и выходных разъемов, и диэлектрические пластины, установленные между центральным полоском и заземляющими пластинами, заземляющие пластины совместно с диэлектрическими пластинами имеют возможность передвигаться. При этом между заземляющими пластинами и внешними проводниками входного и выходных разъемов установлена диэлектрическая прокладка, а диэлектрические пластины, установленные между центральным полоском и заземляющими пластинами, выполнены, по крайней мере, из двух составных частей, имеющих разные диэлектрические постоянные. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ фильтрации фонового излучения инфракрасного диапазона // 2510056

Изобретение относится к способам уменьшения интенсивности фонового излучения инфракрасного диапазона. Способ фильтрации фонового излучения инфракрасного диапазона, падающего на сверхпроводниковый однофотонный детектор, включает передачу излучения инфракрасного диапазона с длиной волны 0,4-1,8 микрометров на сверхпроводниковый однофотонный детектор при помощи одномодового волокна, частично находящегося при температуре 4,0-4,4 К. При этом длина охлаждаемого участка одномодового волокна составляет 0,2-3,5 м. Технический результат заключается в повышении надежности работы фотонных детекторов. 2 з.п. ф-лы.

Фазовращатель // 2510106

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в антеннах с электронным сканированием луча. Создан новый тип отражательного СВЧ фазовращателя на основе многощелевой линии с развязкой СВЧ поля от управляющего напряжения. Технический результат - создание фазовращателя отражательного типа, в котором цепь подачи управляющего напряжения оказывает минимальное влияние на его электродинамические характеристики. Фазовращатель, содержащий диэлектрическую подложку, на которую нанесена сегнетоэлектрическая пленка и сформирована четырехщелевая линия с крайними волноведущими и внутренними управляющими электродами, при этом на части диэлектрической подложки, на которой отсутствует сегнетоэлектрическая пленка, сформированы контактные площадки для подачи напряжения, участки продолжения волноведущих электродов и копланарные линии, соединяющие управляющие электроды щелевой линии с контактными площадками, причем центральный управляющий электрод через четвертьволновый отрезок соединен с первой контактной площадкой, электрически соединенной с участками продолжения волноведущих электродов, а каждый из соседних с центральным электродом управляющий электрод соединен со второй контактной площадкой через последовательное соединение двух четвертьволновых отрезков, параметры первого из которых равны параметрам четвертьволнового отрезка, соединенного с центральным управляющим электродом, а параметры второго четвертьволнового отрезка выбраны из условия максимального отражения рабочего сигнала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Малогабаритный фазовращатель свч-диапазона // 2510551

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ-электронике для радиотехнической аппаратуры наземного, воздушного, космического базирования. Технический результат - снижение потерь мощности СВЧ-сигнала и увеличение верхнего диапазона частот. Малогабаритный фазовращатель СВЧ-диапазона, включающий расположенную на диэлектрическом материале микрополосковую линию и размещенные между ее токовым и земляным проводниками сегнетоэлектрические конденсаторы на диэлектрической подложке, отличающийся тем, что диэлектрическим материалом является алмазная пластина, диэлектрическая подложка выполнена из монокристаллического оксида магния с кристаллической ориентацией (100), а в качестве сегнетоэлектрика используют пленку барий-стронций титаната состава Ba1-xSrxTiO3 толщиной 20±5 нм, где х=0,2±0,01. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Полосковая нагрузка // 2510901

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к устройствам сложения (деления) СВЧ сигналов, и может быть использовано для сложения (деления) СВЧ сигналов в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, в телевидении, в измерительной технике. Технический результат - уменьшение потерь СВЧ сигнала, приходящего от одного входа к выходу при отсутствии согласования второго входа, и сохранение хорошего согласования со стороны выхода при отсутствии согласования на одном из входов. Для этого в сумматор СВЧ сигналов, содержащий симметричный тройник, имеющий выходное плечо, два входных четвертьволновых плеча, расположенные по разные стороны от выходного плеча, параллельно установлены коммутирующие диоды, включенные на расстоянии, равном четверти длины волны от узла разветвления тройника, а выходное плечо выполнено в виде четвертьволнового отрезка связанной линии, у которого на обоих концах вторичной линии параллельно подключены дополнительно коммутирующие диоды. 1 ил.

Активный фазовращатель (варианты) // 2510980

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства. Активный фазовращатель, выполненный на полупроводниковых приборах на основе SiGe и включающий широкополосный квадратурный полифазный фильтр, состоит из последовательно соединенных секций, построенных на RC пассивных цепях, и обеспечивающий возможность формирования двух ортогонально сдвинутых по фазе квадратурных сигналов, аналоговый дифференциальный сумматор, содержащий ячейки Гильберта, усилитель и сумматор, блок цифрового сигнала, выполненный с возможностью управления каждой ячейкой Гильберта, согласующее звено и блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный, кроме того, на выходе из квадратурного полифазного фильтра предусмотрены 4 эмиттерных повторителя, обеспечивающих согласование со схемой аналогового дифференциального сумматора. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Компактный у3ел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне и способ получения такого компактного узла возбуждения // 2511488

Изобретение относится к устройству создания круговой поляризации в антенне. Технический результат - снижение омических потерь и упрощение конструкции устройства. Компактный узел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне содержит разделительный ортомодовый преобразователь и ответвитель, при этом ортомодовый преобразователь, называемый ОМТ, является асимметричным и содержит основной волновод квадратного или круглого сечения с продольной осью ZZ' и две ветви, соединенные с основным волноводом соответственно двумя щелями параллельного соединения, при этом обе соединительные щели выполнены в двух ортогональных стенках основного волновода, при этом обе ветви ОМТ связаны соответственно с двумя волноводами неуравновешенного ответвителя, при этом ответвитель имеет два разных коэффициента деления (α, β), оптимизированные таким образом, чтобы компенсировать ортогональные паразитные составляющие (δу, δх) электрического поля, возникающие из-за асимметрии ОМТ. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Широкополосный аттенюатор свч // 2513709

Настоящее изобретение относится к электронной технике. Технический результат изобретения заключается в увеличении ширины рабочей полосы частот, уменьшении величины коэффициента стоячей волны напряжения и уменьшении величины изменения фазы сигнала СВЧ при изменении постоянного управляющего напряжения при сохранении малой величины прямых потерь СВЧ. Широкополосный аттенюатор СВЧ состоит, по меньшей мере, из одного разряда, каждый из которых содержит линии передачи на входе и выходе с одинаковыми волновыми сопротивлениями, полевой транзистор с барьером Шотки, два резистора, при этом первый резистор расположен параллельно, второй - последовательно входу и выходу аттенюатора, концы первого резистора соединены с истоком и стоком полевого транзистора с барьером Шотки соответственно, его исток и соответственно первый резистор заземлены, концы второго резистора соединены с линиями передачи на входе и выходе соответственно. В каждый разряд аттенюатора дополнительно введены второй полевой транзистор с барьером Шотки, три индуктивности и два одинаковых резистора - третий и четвертый, при этом исток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, его сток - с линией передачи на выходе, концы первой и второй индуктивностей соединены с концами первого и второго резисторов соответственно, один конец третьей индуктивности соединен с линией передачи на входе, другой - со стоком первого полевого транзистора с барьером Шотки, затворы каждого полевого транзистора с барьером Шотки соединены с источником постоянного управляющего напряжения через третий и четвертый резисторы соответственно. 5 ил.

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения // 2513720

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней. Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения, содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой нанесены короткозамкнутые смежными концами с одного ее края полосковые проводники резонаторов, отличается тем, что внутри диэлектрической пластины расположены дополнительные полосковые проводники, короткозамкнутые одним концом с противоположного края диэлектрической пластины. 6 ил.