Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения

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.

 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов, например, в приемопередающих системах.

Известен полосковый полосно-пропускающий фильтр на подвешенной между экранами диэлектрической подложке [A.R. Brown, G.M. Rebeiz. A varactor-tuned RF filter // IEEE Trans, on MTT. - 2000. - Vol.48, №7. - p.1157-1160]. Фильтр образован резонаторами, каждый из которых представляет собой короткозамкнутый на экран с одного конца полосковый проводник. Все проводники резонаторов расположены на одной поверхности подложки. Недостатками такой конструкции фильтра являются сравнительно большие размеры в метровом диапазоне длин волн и неширокая полоса заграждения.

Также известна конструкция полосно-пропускающего фильтра [Патент РФ №2237320, МПК7 H01P 1/203, опубл. 27.09.2004, Бюл. №27], который содержит подвешенную диэлектрическую подложку (диэлектрическую пластину), на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые на экран с одного торца подложки полосковые проводники, а на вторую сторону подложки вместо заземляемого основания также нанесены короткозамкнутые на экран, но с другого торца подложки, полосковые проводники. Фильтр такой конструкции имеет значительно меньшие размеры по сравнению с первым аналогом. Протяженность полосы заграждения у такого фильтра существенно больше, но и она оказывается в некоторых случаях недостаточной.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является полосковый полосно-пропускающий фильтр [Патент РФ №2390889, МПК7 H01P 1/203, опубл. 27.05.2010, Бюл. №15 (прототип)]. Устройство содержит подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, при этом проводники короткозамкнуты на экран на одном краю подложки. Такой фильтр имеет меньшие габариты по сравнению как с первым, так и со вторым аналогом, но протяженность полосы заграждения у него существенно меньше по сравнению с ними.

Техническим результатом изобретения является увеличение протяженности полосы заграждения и уровня затухания в ней.

Указанный технический результат достигается тем, что в полосковом фильтре, содержащем подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой нанесены короткозамкнутые смежными концами с одного ее края полосковые проводники резонаторов, новым является то, что внутри диэлектрической пластины расположены дополнительные полосковые проводники, короткозамкнутые одним концом с противоположного края диэлектрической пластины.

Отличия заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключаются в том, что каждый резонатор фильтра образован тремя металлическими полосковыми проводниками, разделенными между собой диэлектрическим материалом пластины. При этом наружные проводники каждого резонатора смежными концами короткозамкнуты с одного края пластины, а внутренний проводник - с противоположного края пластины. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами: Фиг.1а, б - конструкции конкретной реализации предлагаемого полоскового фильтра на подвешенной диэлектрической пластине, Фиг.2 - расчетные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) предлагаемого фильтра (сплошная линия) и второй аналога (штриховая линия), Фиг.3 - знаки потенциалов и направление токов в проводниках резонатора фильтра на частотах первой, второй и третьей моды колебаний; Фиг.4 - рассчитанная АЧХ четырехрезонаторного фильтра заявляемой конструкции на пластине толщиной 1 мм с подключением по Фиг.1б; Фиг.5 - измеренная амплитудно-частотная характеристика потерь на прохождение изготовленного макета четырехзвенного полосно-пропускающего фильтра заявляемой конструкции; Фиг.6 - расчетная АЧХ фильтра заявляемой конструкции для случая тонких (10 мкм) диэлектрических слоев, разделяющих проводники резонаторов.

Заявляемое устройство (Фиг.1а) содержит диэлектрическую пластину 7, подвешенную между двумя экранами (не показаны), на обеих поверхностях которой и внутри нее выполнены полосковые металлические проводники резонаторов. Каждый резонатор образован тремя полосковыми проводниками 2, 3 и 4, отделенными друг от друга диэлектрическим материалом пластины, причем наружные проводники резонаторов смежными концами соединены с экраном с одного края пластины, а внутренние проводники - с противоположного края пластины. Входная и выходная линия передачи подключены к полосковым проводникам крайних резонаторов фильтра. На Фиг.3 изображен разрез конструкции вдоль полосковых проводников резонатора в фильтре заявляемой конструкции.

Как известно, фильтры на основе полосковых и микрополосковых резонаторов по совокупности таких характеристик, как миниатюрность, технологичность и стоимость являются одними из лучших. В то же время одним из существенных недостатков таких фильтров является сравнительно неширокая полоса заграждения, которая в лучшем случае может составлять до двух октав. Однако для современной беспроводной связи зачастую требуется более протяженная полоса заграждения при большом уровне затухания в ней.

Заявляемая конструкция полосно-пропускающего фильтра позволяет реализовать устройства с увеличенной шириной полосы заграждения (более двух октав) и значительным уровнем затухания в ней (более 100 дБ) всего лишь на четырех резонаторах. При этом фильтры заявляемой конструкции обладают значительно меньшими размерами по сравнению с прототипом при прочих равных условиях.

На Фиг.2 приведены расчетные АЧХ четырехрезонаторного фильтра (Фиг.1а) заявляемой конструкции (сплошная линия) и четырехрезонаторного фильтра (штриховая линия) второго аналога (имеющего наиболее протяженную полосу заграждения из всех использованных аналогов). Оба фильтра имеют центральную частоту полосы пропускания f0=900 МГц и относительную ширину полосы пропускания по уровню -3 дБ Δf/f0=5%. При этом все конструктивные параметры, за исключением длины проводников, были одинаковыми для обоих фильтров. Диэлектрическая проницаемость подложки (диэлектрической пластины) ε=9.8, толщина подложки (пластины) 1 мм, расстояние от поверхности подложки (пластины) до экранов 4 мм и ширина полосковых проводников 3 мм. Расстояние между парой внутренних резонаторов в фильтрах составило S1=8 мм, а между внутренним и наружным S2=7.25 мм. Длина каждого из проводников в паре внутренних резонаторов у заявляемого фильтра была 7.8 мм, а у внешних - 8.1 мм. Для фильтра прототипа эти длины были равны 14.25 мм и 14.75 мм соответственно. Общая площадь подложки фильтра прототипа составила 18.5×42.5 мм2, а площадь диэлектрической пластины заявляемого фильтра 10×42.5 мм2, что в почти в два раза меньше.

Важное достоинство предлагаемой конструкции - наличие протяженной полосы заграждения, простирающейся до частоты ~6f0 при уровне затухания в ней не хуже 60 дБ, которая обеспечивает улучшенные селективные свойства по сравнению с традиционными полосковыми и микрополосковыми фильтрами.

Фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к наружным проводникам внешних резонаторов (Фиг.1а). 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.

Заявляемый технический результат достигается следующим образом. Как известно, паразитные полосы пропускания в традиционных конструкциях полосковых и микрополосковых фильтров формируются резонансами высших мод колебаний. На Фиг.3 изображены знаки потенциалов на разомкнутых концах проводников резонатора в заявляемом фильтре, а также направление высокочастотных токов для первой (рабочей, Фиг.3а), а также второй и третьей (паразитных, Фиг.3б, в) мод колебаний. Видно, что на частотах первой моды колебаний все высокочастотные токи имеют одинаковое направление в проводниках. Это приводит к росту эквивалентной индуктивности резонатора, понижению его резонансной частоты и повышению добротности на частотах рабочей полосы пропускания фильтра. На частотах же второй и третьей мод колебаний высокочастотные токи направлены встречно, поэтому эквивалентная индуктивность резонатора и, следовательно, его добротность становятся существенно меньше. Это приводит к увеличению затухания на частотах высших мод колебаний и расширению полосы заграждения.

Значительно улучшить параметры полосы заграждения можно, если подключить входную и выходную линию передачи к внутренним проводникам крайних резонаторов в фильтре (Фиг.1б). Так как на частоте второй (паразитной) моды колебаний потенциал внутреннего проводника равен нулю, то связь резонаторов фильтра с внешними линиями передачи будет практически отсутствовать на ее частоте, а соответствующие паразитные резонансы не будут проявляться на АЧХ фильтра. На Фиг.4 представлена рассчитанная АЧХ четырехрезонаторного фильтра заявляемой конструкции с подключением по Фиг.1б с теми же конструктивными параметрами, что были указаны выше для Фиг.la. Видно, что подключение внешних линий передачи к внутренним проводникам крайних резонаторов в фильтре позволяет сформировать полосу заграждения, простирающуюся до частоты ~6f0 при уровне затухания в ней не менее 100 дБ, что обеспечило существенное улучшение его селективных свойств. На Фиг.5 представлена измеренная АЧХ изготовленного четырехрезонаторного фильтра с параметрами конструкции, указанными выше, с подключением внешних линий к внутренним проводникам крайних резонаторов. Видно, что АЧХ изготовленного макета имеет протяженность полосы заграждения ~7f0 при уровне затухания в ней не менее 100 дБ, что подтверждает заявляемый технический результат.

Значительно лучших характеристик заявляемого фильтра можно достичь, используя для его создания интегральную технологию. При этом становится возможной реализация тонких диэлектрических слоев толщиной в десятки микрон (например, из моноокиси кремния SiO), разделяющих полосковые металлические проводники в резонаторах фильтра. При этом вся полосковая структура фильтра для обеспечения механической прочности может располагаться на достаточно толстой (доли мм) несущей диэлектрической подложке. В этом случае, помимо еще большего расширения полосы заграждения, также уменьшаются габариты фильтра и возрастает добротность его резонаторов. На Фиг.6 изображена рассчитанная АЧХ такого четырехрезонаторного фильтра на центральную частоту полосы пропускания f0=350 МГц с относительной шириной полосы пропускания по уровню -3 дБ Δf/f0=5%. Конструктивные параметры фильтра были следующие. Толщина диэлектрической подложки, на которой расположена полосковая структура фильтра, 0.5 мм, диэлектрическая проницаемость материала несущей подложки и слоев между проводниками резонатора ε=3.7, толщина слоев 10 мкм, расстояние от поверхностей структуры до экранов 2 мм и ширина полосковых проводников 1 мм. Расстояние между парой внутренних резонаторов в фильтрах составило S1=3.5 мм, а между внутренним и наружным S2=3.25 мм. Длина проводников внутренних резонаторов в фильтре была 8 мм, внешних 8.2 мм. Внутренние габариты корпуса фильтра составили 10×19×4 мм3. Видно, что, несмотря на более низкую рабочую частоту, размеры фильтра существенно уменьшились, а протяженность полосы заграждения по уровню -100 дБ увеличилась до ~40f0.

Также такой фильтр может быть выполнен в объеме монолитного диэлектрика по толстопленочной технологии изготовления интегральных схем (Low temperature cofired ceramic (LTCC) technology.

Таким образом, предложенная конструкция полоскового полосно-пропускающего фильтра позволяет реализовывать на ее основе миниатюрные устройства с протяженной высокочастотной полосой заграждения и большим уровнем 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, отличающийся тем, что внутри диэлектрической пластины расположены дополнительные полосковые проводники, короткозамкнутые одним концом с противоположного края диэлектрической пластины.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к устройству создания круговой поляризации в антенне. Технический результат - снижение омических потерь и упрощение конструкции устройства.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства.

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.

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ-электронике для радиотехнической аппаратуры наземного, воздушного, космического базирования.

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.

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.

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.

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. Достигаемый технический результат - расширение рабочей полосы частот и снижение прямых потерь СВЧ при сохранении допустимой входной мощности.

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.

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции. Управляемый фазовращатель содержит диэлектрическую подложку, на одну поверхность которой нанесен сплошной экранирующий проводник линии передачи, а на вторую - взаимодействующие металлические полосковые проводники, каждый из которых одним своим концом подключен через варактор к экранирующему проводнику линии передачи, вторым своим концом каждый из упомянутых полосковых проводников подключен к нерегулярной микрополосковой линии передач, концы которой образуют вход и выход устройства. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в резонансных СВЧ компрессорах в качестве устройства вывода энергии для формирования мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности. Технический результат - увеличение рабочей мощности переключателя при неизменной стабильности срабатывания и повышение стабильности срабатывания при неизменной рабочей мощности за счет увеличения количества каналов, через которые осуществляется вывод накопленной энергии из большего числа резонаторов. Переключатель содержит четыре волноводных Н-тройника, лежащих попарно в ортогональных плоскостях, с входными и выходными прямыми плечами и боковыми плечами полуволновой длины, объединеными через окна связи в полное сечение волновода в цилиндрической стенке проходного резонатора. В проходном резонаторе расположен СВЧ коммутатор с газоразрядной трубкой, установленной на полувысоте проходного резонатора по его диаметру под углом 45° к направлению боковых плеч, и с разрядником подсветки в центре одного из торцов газоразрядной трубки. Рабочая частота проходного резонатора выбрана равной частоте, на которой боковые плечи Н-тройников имеют полуволновую электрическую длину. Внешний диаметр d1 газоразрядной трубки составляет d1≈λ/6, а ее внутренний диаметр d2 составляет d2≈λ/10. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к управляемым ступенчатым аттенюаторам. Технический результат - управление аттенюатором одним сигналом управления, приходящим одновременно на все диоды, при сохранении низких потерь пропускания и одинаковой ФЧХ в «прямом» и «обходном» пути. Управляемый ступенчатый аттенюатор, вход и выход которого образованы параллельным соединением двух отрезков линии передачи, один из которых выполнен в виде трех последовательно соединенных четвертьволновых отрезков линии, шунтированных в точках соединения диодами, включенными по постоянному току в одной полярности на расстоянии четверти длины волны по отношению к входу и выходу, к свободным электродам, которых подключены четвертьволновые отрезки линии, второй отрезок линии передачи содержит блок ослабления сигнала, включенный на одинаковом расстоянии от входа и выхода, при этом второй отрезок линии передачи шунтирован диодами, включенными в одной полярности, на расстоянии четверти длины волны от входа и выхода через четвертьволновые отрезки линии, причем свободные электроды диодов, шунтирующих второй отрезок, заземлены, при этом все диоды аттенюатора включены по постоянному току в одной полярности. 1 ил.

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в волноводных трактах высокой мощности в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат - обеспечение грубого измерения частоты мощного микроволнового излучения СВЧ-приборов и подавления внеполосных и паразитных колебаний. Фильтр представляет из себя отрезок прямоугольного волновода с фланцами и со встроенными в обе узкие стенки волновода и в одну из широких стенок волновода диафрагмами заданной высоты; в прорезанную неизлучающую щель на противоположной широкой стенке волновода встроена механически перестраиваемая по глубине погружения диафрагма, предназначенная для изменения частоты среза фильтра. 3 ил.

Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники и связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, в измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ЦАП) преобразователях. Технический результат: расширение диапазона рабочих частот устройства и повышение его быстродействия при работе с импульсными сигналами большой амплитуды. Широкополосный аттенюатор для быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсов содержит первый резистор (3), источник входного напряжения (4), включенный по переменному току между общей шиной (5) и входом устройства (1), второй резистор (6), включенный по переменному току между выходом устройства (2) и общей шиной (5), эквивалентную емкость нагрузки (7), включенную по переменному току между выходом устройства (2) и общей шиной (5), неинвертирующий повторитель напряжения (8) неинвертирующий повторитель тока (10), а между выходом неинвертирующего повторителя напряжения (8) и входом неинвертирующего повторителя тока (10) включен двухполюсник цепи коррекции (11). 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к защитным устройствам СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - увеличение допустимой входной мощности, расширение рабочей полосы частот и снижение прямых потерь СВЧ. Для этого защитное устройство СВЧ содержит центральный проводник, первый и второй отрезки линии передачи, первый и второй полупроводниковые приборы, первый, второй и третий резисторы, две индуктивности, при этом оба отрезка линии передачи выполнены в виде отрезков одиночной линии передачи, каждый длиной, равной одной восьмой длины волны в отрезке линии передачи на центральной частоте рабочей полосы частот, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению центрального проводника, в качестве полупроводниковых приборов используют полевые транзисторы с барьером Шотки, одинаковые второй и третий резисторы выполнены с сопротивлением, на порядок большим волнового сопротивления центрального проводника. 4 ил.

Изобретение относится к системе гибкой стенки для СВЧ-фильтров с объемным резонатором, снабженным механическим устройством температурной компенсации, и может использоваться в области телекоммуникации. Достигаемый технический результат - снижение температурного градиента гибкого колпачка, снижение механических напряжений, поддержание эквивалентного теплового сопротивления. Система гибкой стенки для компонента фильтра или мультиплексора вывода с технологией термокомпенсации содержит по меньшей мере две расположенные друг над другом отдельные гибкие мембраны и каждая гибкая мембрана имеет центральную область(С), промежуточную область (I) и периферийную область (Р) торец к торцу, при этом гибкие мембраны термически и механически соединены в центральной области (С) и периферийной области (Р) и не соединены в промежуточной области (I). 3 н. и 14 з. п. ф-лы , 6 ил.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в частотно-селективных цепях приемопередающих устройств СВЧ. Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение возможности независимой плавной подстройки избирательности частотной характеристики выше и ниже полосы пропускания без искажения характеристик в рабочей полосе, что позволяет эффективно подавлять сигналы помех, расположенных как симметрично, так и несимметрично, по обе стороны полосы пропускания фильтра. Результат достигается тем, что узкополосный фильтр СВЧ содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещен заземляющий экран, на другой стороне - микрополосковая структура, реализующая элементы фильтра с цепями связи. При этом микрополосковая структура включает шесть резонаторов, два конденсатора для подключения источника сигнала и нагрузки, пять конденсаторов для обеспечения электрической связи между соседними резонаторами, а также трансформатор на связанных линиях передачи, включенный двумя плечами между несоседними первым и третьим резонаторами, а два других его плеча замкнуты на заземляющий экран, а также подстроечный конденсатор, включенный между несоседними четвертым и шестым резонаторами. При этом связь между соседними первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым резонаторами - емкостного типа, связь между несоседними первым и третьим резонаторами - индуктивного типа и связь между несоседними четвертым и шестым резонаторами - емкостного типа. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в автоматизации управления антенным переключателем, обеспечении дуплексного режима при работе на одну антенну в режиме псевдослучайной перестройки рабочих частот (ППРЧ), повышении маневренности при обмене информацией, синхронизации радиостанций и их помехоустойчивости при совместной работе нескольких корреспондентов, увеличении пропускной способности радиостанций. В радиостанцию дополнительно введены антенный переключатель, преобразователь каналов передачи, преобразователь каналов приема, усилитель, блок из десяти аналого-цифровых преобразователей, блок из десяти цифроаналоговых преобразователей, блок из десяти фильтров, преобразователь каналов передачи данных, выключатель, блок аппаратуры передачи данных и десять выносных постов радиста-оператора. 9 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к технике сверхвысокой частоты (СВЧ) и предназначено для работы в качестве частотного делителя сигнала общего источника на два сигнала с различными диапазонами частот или частотного сумматора двух каналов мощного источника (или двух мощных источников), работающих в различных диапазонах частот. Технически результат - расширение функциональных возможностей, улучшение взаимной развязки источников, минимизация потерь полезного сигнала и повышение стабильности параметров при климатическом воздействии. Для этого частотно-развязывающее устройство для соединения нескольких источников или нагрузок, работающих на различных частотах, с общей нагрузкой или источником выполнено по микрополосковой технологии на печатной плате в виде микрополосковой структуры, включающей два разомкнутых кольца, каждое из которых имеет два плеча настройки и два согласованных входа, один из которых является общим для двух разомкнутых колец. Каждое плечо настройки заканчивается элементами настройки. При этом частотно-развязывающее устройство выполнено с возможностью одновременного использования в качестве частотного сумматора двух источников сигналов, работающих в различных частотных диапазонах, и общего источника, а также частотного делителя сигнала общего источника сигналов на два сигнала с различными диапазонами частот. 3 ил.
Наверх