Полосно-пропускающий фильтр
Патент 2237320
Авторы
Классы МПК
Полосно-пропускающий фильтр
Реферат
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 =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 Lr, 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 Wi была меньше, чем ширина проводников на перекрывающихся участках We (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 (=80) размерами 2117 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 23206 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 4112 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 Lr - длина самих проводников.
3. Полосно-пропускающий фильтр по п.2, отличающийся тем, что полосковые проводники выполнены таким образом, что Wi<W, где We - ширина полосковых проводников на участке, где они перекрываются, a Wi - 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