Свч-фильтр нижних частот

Авторы патента:

H01P1/20 - 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 2662058:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к фильтрам низких частот. СВЧ-фильтр нижних частот содержит отрезки линии передачи, соединенные последовательно, в середине которых подключены разомкнутые шлейфы, к началу первого отрезка подключен вход фильтра, к концу последнего отрезка подключен выход фильтра, Кроме того, фильтр включает конденсаторы, соединяющие начало и конец каждого отрезка, емкость конденсаторов находится в пределах от 1/ωZ₀ до 1.5/ω₀Z₀, где ω₀ - круговая граничная частота, Z₀ - сопротивление входа и выхода и волновое сопротивление отрезков линий. Проводники отрезков линии передачи и проводники разомкнутых шлейфов расположены параллельно друг другу, причем проводники разомкнутых шлейфов расположены между проводниками отрезков линий, а конденсаторы подключены как перемычки между входом и выходом над разомкнутыми шлейфами. Технический результат - повышение избирательности фильтра при уменьшении габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для подавления СВЧ-мощности на частотах выше рабочего диапазона частот.

Известен фильтр нижних частот (ФНЧ) на сосредоточенных элементах (см. Микроэлектронные устройства СВЧ. Под ред. Г.И. Веселова. - М.: Высш. шк., 1988, стр 88-91), содержащий каскадно соединенные последовательные индуктивности и параллельные конденсаторы. Избирательность АЧХ определяется количеством элементов.

Широко используются покупные ФНЧ в виде микросхем серии LFCN фирмы Mini-Circuits (см. интернет ресурс www.minicirciuts.com), содержащих 7 звеньев. Фильтры обеспечивают увеличение ослабления на 30 дБ при отстройке от граничной частоты f₀ на 0.9 f₀, что недостаточно для большинства применений.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа фильтр низких частот (ФНЧ) на элементах с распределенными параметрами - отрезках линий (см. Микроэлектронные устройства СВЧ. Под ред. Г.И. Веселова. - М.: Высш. шк., 1988, стр 91-92). Фильтр содержит отрезки линии передачи, соединяющие вход и выход, в местах их соединения между собой и с входом и выходом подключены разомкнутые шлейфы. Волновое сопротивление отрезков соединительных линий больше сопротивления входа и выхода, длина отрезков линий и шлейфов примерно равна 0.1 длины волны, что соответствует электрической длине 36 градусов. Для получения высокой избирательности фильтр должен иметь большое количество звеньев, из-за чего будет иметь большие габариты.

Цель изобретения - повышение избирательности фильтра при уменьшении габаритов.

Для достижения указанной цели в СВЧ-фильтр нижних частот, содержащий отрезки линии передачи, соединенные последовательно, в середине которых подключены разомкнутые шлейфы, при этом к началу первого отрезка подключен вход фильтра, а к концу последнего отрезка подключен выход фильтра, согласно изобретению дополнительно введены конденсаторы, соединяющие начало и конец каждого отрезка, при этом емкость конденсаторов находится в пределах от 1/ ω₀Z₀ до 1.5/ ω₀Z₀, где ω₀ - круговая граничная частота, Z₀ - сопротивление входа и выхода и волновое сопротивление отрезков линий.

При этом проводники отрезков линии передачи и проводники разомкнутых шлейфов расположены параллельно друг другу, причем проводники разомкнутых шлейфов расположены между проводниками отрезков линий, а конденсаторы подключены как перемычки между входом и выходом над разомкнутым шлейфом.

Дополнительное введение конденсаторов определенной емкости обеспечивает согласование фильтра ниже граничной частоты и одновременно полюса запирания выше граничной частоты, что позволяет увеличить избирательность фильтра при малом количестве звеньев фильтра и соответственно малых габаритах.

Расположение проводников разомкнутых шлейфов параллельно проводникам отрезков линий, причем между ними значительно уменьшает габариты фильтра.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны.

На фиг. 1 приведена схема (а) предлагаемого двухшлейфного СВЧ-фильтра нижних частот и его АЧХ (б), на фиг. 2 - топология компактного микрополоскового фильтра.

СВЧ-фильтр нижних частот (см. фиг. 1а) содержит отрезки линии передачи 1, 2, соединенные последовательно. К началу первого отрезка 1 подключен вход фильтра, к концу последнего отрезка 2 подключен выход фильтра. В середине каждого отрезка 1, 2 к ним подключены разомкнутые шлейфы 3, 4 соответственно. Начало и конец каждого отрезка 1, 2 соединены дополнительно через конденсаторы 5, 6 соответственно.

Волновое сопротивление отрезков линии передачи 1, 2 равно сопротивлению входа и выхода - Z₀. Волновое сопротивление разомкнутых шлейфов 3, 4 выбирается из конструктивных соображений.

Емкость C конденсаторов 5, 6 и электрические длины отрезков линий 1, 2 и шлейфов 3, 4 выбираются из условия получения в каждом звене фильтра нулей затухания на частоте меньше ω₀ и полюсов затухания на частотах больше ω₀.

При этом емкость конденсаторов 5, 6 находится в пределах от 1/ ω₀Z₀ до 1.5/ ω₀Z₀, где ω₀ - круговая граничная частота АЧХ фильтра. При выбранных величинах емкостях конденсаторов электрическая длина отрезков линий 1, 2 составляет примерно 20-40 градусов, электрическая длина шлейфов 3, 4 составляет примерно 10-20 градусов.

Для уменьшения габаритов, так как длины шлейфов и отрезков линий соизмеримы, в фильтре (см. фиг. 2) проводники разомкнутых шлейфов 3 и 4 располагаются параллельно проводникам отрезков линий 1 и 2 между ними, а конденсаторы 5, 6 выполняют роль перемычек.

СВЧ-фильтр нижних частот (см. фиг. 1) работает следующим образом. СВЧ-сигнал поступает на вход и проходит на выход последовательно через два звена, каждое из которых представляет собой отрезок линии 1, 2, в середине каждого из которых подключен разомкнутый шлейф 3, 4. Концы каждого отрезка 1, 2 дополнительно соединены через конденсаторы 5, 6. СВЧ-сигнал проходит через каждое звено двумя путями - по отрезку линии 1 с разомкнутым шлейфом 3 и через конденсатор 5. При выбранной величине емкости конденсатора 5 имеет место согласование звена фильтра ниже граничной частоты и два полюса затухания выше граничной частоты.

Условие согласования звена фильтра на частоте ω₀ выражается формулой

Условие наличия полюса затухания на частоте Fω₀ выражается формулой

где Q₁, Q₂ - электрические длины на частоте ω₀ отрезка линии 1 и разомкнутого шлейфа 3, соответственно;

Y_с - реактивная проводимость конденсатора, Y_с=ω₀CZ₀.

Формулы (1) (2) получены на основе анализа схемы фильтра методом синфазно-противофазного возбуждения при условии, что волновое сопротивление разомкнутого шлейфа равно Z₀/2. При проектировании фильтра оно может быть изменено за счет изменения электрической длины шлейфа при условии эквивалентности шлейфов по входному сопротивлению. В этом случае электрическая длина шлейфа при выбранном волновом сопротивлении Z_x-Q_2x определяется по формуле

Из формулы (1) видно, что согласование разомкнутого шлейфа малой длины Q₂ может быть обеспечено емкостью конденсатора при расчетной длине отрезка Q₁. Например, разомкнутый шлейф длиной Q₂=15 градусов, при Y_c=1, согласован при длине отрезка линии Q₁=30 градусов.

В формуле (2) правая часть зависит от F так, что имеет минимум при FQ₁=40-60 градусов, величина которого находится в пределах 3.4-3.6. Поэтому полюс запирания будет иметь место при 2FY_c больше 3.4, т.е. при отстройке F=1.7 проводимость Y_c примерно равна 1.

Выбором электрических длин и емкостей конденсаторов для разных звеньев фильтра разными можно обеспечить согласование звеньев на одной частоте, а полюса затухания на разных частотах (см. фиг. 1б), за счет чего значительно увеличивается избирательность и ослабление в полосе запирания уже при двух звеньях. Так, при отстройке от частоты среза АЧХ на 25% ослабление двухшлейфного фильтра увеличивается на 30 дБ.

Таким образом, предлагаемый СВЧ-фильтр нижних частот обеспечивает высокую избирательность и большое ослабление в полосе заграждения за счет наличия полюсов запирания, положение которых можно рассчитать. При этом предлагаемый СВЧ-фильтр нижних частот имеет малые габариты за счет использования отрезков малой электрической длины (15 градусов вместо 36 градусов у прототипа) за счет малого количества звеньев, достаточных для получения высокой избирательности.

Технико-экономический эффект предлагаемого СВЧ-фильтра нижних частот состоит в следующем. Включение конденсатора, реактивная проводимость которого примерно равна единице, при электрической длине отрезков шлейфов примерно 15 градусов позволило получить высокую избирательность фильтра при малом количестве звеньев фильтра, т.е. при малых габаритах.

На предприятии был изготовлен макет предлагаемого двухзвенного СВЧ-фильтра нижних частот в микрополосковом исполнении в L диапазоне частот. При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели. Макет обеспечивал ослабление в диапазоне частот от нуля до граничной частоты не более 0.5 дБ и ослабление более 30 дБ при отстройке от граничной частоты на 25%. Прототип с количеством звеньев, равном семи, по расчетам обеспечивает худшую избирательность, при этом его габариты в 6 раз больше.

1. СВЧ-фильтр нижних частот, содержащий отрезки линии передачи, соединенные последовательно, в середине которых подключены разомкнутые шлейфы, к началу первого отрезка подключен вход фильтра, к концу последнего отрезка подключен выход фильтра, отличающийся тем, что в него дополнительно введены конденсаторы, соединяющие начало и конец каждого отрезка, емкость конденсаторов находится в пределах от 1/ωZ₀ до 1.5/ω₀Z₀, где ω₀ - круговая граничная частота, Z₀- сопротивление входа и выхода и волновое сопротивление отрезков линий.

2. СВЧ-фильтр нижних частот по п. 1, отличающийся тем, что проводники отрезков линии передачи и проводники разомкнутых шлейфов расположены параллельно друг другу, причем проводники разомкнутых шлейфов расположены между проводниками отрезков линий, а конденсаторы подключены как перемычки между входом и выходом над разомкнутыми шлейфами.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к нагрузкам для поглощения энергии электромагнитной волны высокой мощности моды H10. Нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода, поглощающую жидкость в металлическом сосуде, радиопрозрачную герметичную перегородку, отделяющую внутренний объем волновода от поглощающей жидкости.

Миниатюрный полосковый фильтр // 2659321

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к микрополосковым фильтрам. Фильтр содержит подвешенную между экранами диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые на экран с одного края подложки полосковые проводники резонаторов, а на вторую сторону подложки также нанесены короткозамкнутые на экран с другого края подложки полосковые проводники.

Многоканальный коммутатор свч // 2659302

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах для коммутации сигнала СВЧ с входа на один или на несколько из N выходов, например в антенных системах для поочередного подключения к общему входу по одной или одновременно по несколько антенн для формирования дополнительных диаграмм направленности или дополнительного вектора поляризации.

Полосковый полоснопропускающий фильтр // 2658576

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в приемных системах для выделения полезного сигнала. Полосковый полоснопропускающий фильтр, содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой - проводники, соединенные в виде замкнутой прямоугольной рамки.

Дискретный свч фазовращатель // 2658502

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к дискретным фазовращателям. Дискретный СВЧ фазовращатель проходного типа содержит отрезок линии передачи и переключательный диод.

Свч фотонный кристалл // 2658113

Использование: для измерений с использованием СВЧ техники. Сущность изобретения заключается в том, что СВЧ фотонный кристалл выполнен в виде прямоугольного волновода, содержащего четные и нечетные элементы, периодически чередующиеся в направлении распространения электромагнитного излучения, нечетные элементы фотонного кристалла выполнены в виде прямоугольных металлических резонансных диафрагм с прямоугольными отверстиями, длинные стороны которых параллельны широкой стенке волновода, полностью перекрывающими волновод по поперечному сечению, четные элементы фотонного кристалла представляют собой отрезки прямоугольного волновода между диафрагмами, причем две диафрагмы являются крайними элементами фотонного кристалла, а одна центральной, при этом СВЧ фотонный кристалл дополнительно содержит согласованную нагрузку, соединенную с одним концом фотонного кристалла, Y-циркулятор, один из выходов которого соединен с противоположным концом фотонного кристалла, источник постоянного напряжения, в отверстии центральной диафрагмы размещена, по крайней мере, одна n–i–p–i–n диодная структура, n-области которой гальванически соединены с длинными сторонами отверстия заземленной диафрагмы, p-область n–i–p–i–n диодной структуры соединена с положительным полюсом источника постоянного напряжения, размеры отверстий резонансных диафрагм, кроме центральной диафрагмы, составляют: длина a0=20⋅a/23 и ширина b0=b/5, толщина диафрагм составляет 0,0005⋅b<d<0,003⋅b, длина четных элементов L составляет 1,8⋅b<L<2,5⋅b, при этом a и b – размеры широкой и узкой стенок волновода, соответственно.

Полосно-пропускающий свч фильтр // 2657311

Полосно-пропускающий СВЧ фильтр относится к технике сверхвысоких частот и может быть использован в селективных трактах приемных и передающих систем. Фильтр содержит диэлектрическую подложку (1), на одну сторону которой нанесено заземляемое основание (2), а на вторую - нанесены полосковые проводники (2-19) трех электромагнитно связанных резонаторов.

Способ повышения электрической и механической прочности вакуумно-плотных окон ввода/вывода свч-излучений (варианты) // 2654582

Изобретение относится к электронной и ускорительной технике для повышения электрической и механической прочности вакуумно-плотных окон ввода и/или вывода энергии СВЧ-излучения в волноводные ускоряющие структуры и может быть использовано при создании/эксплуатации мощных современных ускорителей электронов.

Многоканальное коммутирующее устройство свч с изолированными электродами // 2653180

Изобретение относится к полупроводниковым изделиям, предназначенным для СВЧ управляющих устройств. Сущность изобретения заключается в том, что коммутирующее устройство СВЧ с изолированными электродами изготовлено на графене, где в качестве подложки использован кремний, затем последовательно размещены: слой оксида кремния (SiO2), двумерный слой графена, который служит нижней обкладкой конденсатора, поверх которого нанесен комбинированный диэлектрик, содержащий аморфный слой оксида алюминия (Al2O3), аморфный слой диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной, например двуокиси гафния (HfO2) и повторно аморфный слой оксида алюминия (Al2O3), а поверх диэлектрика размещены металлические электроды полосковой формы, которые образуют верхнюю обкладку, по меньшей мере, трех управляемых напряжением конденсаторов, образующих 3-х электродную 2-х канальную конфигурацию.

Фазовращатель // 2653093

Использование: для создания фазовращателя. Сущность изобретения заключается в том, что фазовращатель содержит n щелевых мостов, соединенных последовательно, где n - число разрядов фазовращателя, 2n короткозамкнутых отрезков прямоугольных волноводов, вносимый фазовый сдвиг которых ϕm=180°/2m-1, где m=1,2…n - номер разряда фазовращателя, а также СВЧ-ключи, при этом в него введены 2n диафрагм, выполненных на основе двухстороннего фольгированного диэлектрика, с установленным на каждой из них, по крайней мере, одним СВЧ-ключом, расположенных между выходными плечами щелевых мостов и открытыми концами короткозамкнутых отрезков прямоугольных волноводов.