EA021016B1

EA021016B1 - Микрополосковый диплексер

Info

Publication number: EA021016B1
Application number: EA201200640A
Authority: EA
Inventors: Борис Афанасьевич Беляев; Владимир Вениаминович Тюрнев; Алексей Михайлович Сержантов
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2015-03-31
Also published as: EA201200640A1; RU2488200C1

Abstract

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах. Микрополосковый диплексер содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три ёмкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами. Один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. Остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплённые полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы. Техническим результатом изобретения является то, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов можно расположить как угодно близко по частоте. Другим результатом является повышение частотно-селективных свойств диплексера.

Description

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

Известен микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесен Т-образный полосковый проводник и две электромагнитно связанные с его противоположными концами группы полосковых проводников со ступенчато увеличенной шириной центрального участка. Полосковые проводники в группах электромагнитно связаны между собой и являются резонаторами двух полоснопропускающих фильтров, которые образуют каналы диплексера, различающиеся частотами полос пропускания. Общим портом устройства является свободный конец Т-образного полоскового проводника [Л.Р. 5>Нс1а. ТР. Соирс/. О. Тайпе апй δ.Ρ. Тои1аш. ΜίηίαΙιιΐΌ писгсМпр 51сррсй 1шрейаисе геюпаЮг Ьапйра88 П11ег5 апй й1р1ехег8 Бот шоЬйе сошшитсайопк // ΙΕΕΕ ΜΤΤ-δ 1п1егпаИопа1 Мюготауе Бутрокшт Όίдей. 1996. V. 2. Р. 607-610].

Недостатком такого диплексера является невозможность достижения высоких частотноселективных свойств при малых размерах устройства (так как его резонаторы нельзя использовать в двухмодовом режиме, при котором сразу две моды колебаний резонатора вовлечены в формирование единой полосы пропускания), а также наличие паразитной полосы пропускания вблизи рабочей полосы пропускания высокочастотного канала. Паразитную полосу пропускания в этой конструкции диплексера формирует вторая мода колебаний резонаторов, частота которой приближена к частоте первой моды колебаний из-за скачка ширины полосковых проводников на центральном участке.

Наиболее близким аналогом является микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены два электромагнитно связанных полосковых проводника со ступенчато увеличенной шириной центрального участка, образующие резонаторы со скачком волнового сопротивления. Один из резонаторов связан с общим портом низкочастотного и высокочастотного каналов через ёмкость, подключаемую к точке вблизи максимумов напряжения первой и второй моды колебаний. Второй резонатор связан с раздельными портами низкочастотного и высокочастотного каналов через ёмкости, подключаемые в точках узла напряжения, соответственно, для второй и первой моды колебаний [Б.А. Беляев, В.В. Тюрнев, Ю.Г. Шихов. Микрополосковый диплексер на двухмодовых резонаторах // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 1997. № 2. С. 20-24].

Недостатком наиболее близкого аналога является то, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов сильно разнесены и не допускают сближения. Это связано с тем, что в этой конструкции диплексера разность между центральными частотами полос пропускания высокочастотного и низкочастотного каналов определяется разностью частот второй и первой моды колебаний резонатора. Уменьшение этой разности требует неприемлемо большого скачка ширины полосковых проводников, при котором резко падает собственная добротность резонаторов и возбуждаются паразитные поперечные моды колебаний. Кроме того, наиболее близкий аналог не обладает высокими частотно-селективными свойствами из-за того, что порты низкочастотного и высокочастотного каналов привязаны к одному и тому же резонатору.

Техническим результатом изобретения является повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет того, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов диплексера можно расположить как угодно близко по частоте.

Технический результат достигается тем, что в микрополосковом диплексере, содержащем диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три ёмкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами, новым является то, что один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, а остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплённые полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что полосковый проводник, связанный через ёмкость с общим портом низкочастотного и высокочастотного канала, имеет Т-образную форму, а остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплённые полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям новизна и изобретательский уровень.

Сущность изобретений поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 изображён заявляемый микрополосковый диплексер.

- 1 021016

На фиг. 2 изображён пример выполнения микрополоскового диплексера с тремя резонаторами.

На фиг. 3 приведена расчётная амплитудно-частотная характеристика микрополоскового диплексера с тремя резонаторами.

На фиг. 4 приведена измеренная амплитудно-частотная характеристика действующего макета микрополоскового диплексера с тремя резонаторами.

Микрополосковый диплексер (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку (1), одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники (2, 3, 4), образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три ёмкости (5, 6, 7), связывающие три порта устройства с оконечными двухмодовыми резонаторами. При этом один из проводников (2) имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. Остальные проводники (3, 4) частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплённые проводники (соответственно 3 и 4) электромагнитно связаны между собой внутри группы и с проводником (2).

Микрополосковый диплексер работает следующим образом. Его каналы представляют собой два полосно-пропускающих фильтра, в которых один двухмодовый резонатор (2) является общим. Первая мода колебаний резонатора (2) вместе с чётными и нечётными модами колебаний двухмодовых расщеплённых резонаторов (3) участвует в формировании полосы пропускания низкочастотного канала, а вторая мода резонатора (2) вместе с чётными и нечётными модами резонаторов (4) участвует в формировании полосы пропускания высокочастотного канала. Поэтому порт, связанный через ёмкость (5) с крайним резонатором (2), является общим портом для низкочастотного и высокочастотного каналов. Отдельный порт низкочастотного канала связан через ёмкость (6) с оконечным резонатором группы резонаторов (3), а отдельный порт высокочастотного канала связан через ёмкость (7) с оконечным резонатором группы резонаторов (4). Ёмкости (5, 6, 7) позволяют обеспечить оптимальную связь крайних резонаторов с портами устройства. Длина резонаторов (3) задаёт центральную частоту полосы низкочастотного канала, а длина резонаторов (4) задаёт центральную частоту высокочастотного канала. Поэтому длина резонаторов (3) больше длины резонаторов (4). Длина расщеплённого участка резонаторов (3) и резонаторов (4) задаёт ширину полосы пропускания соответственно низкочастотного и высокочастотного каналов [У.У. Туитису, А.М. 8сг/Наи1оу. Эиа1-тобс 8ρ1ίί тюто8йтр гсюпаЮг ίοτ сотрас! пагго\\Ъапб Ьаибра88 ПНсгк // Ргодгс88 Ιη Е1сс1готадисйс8 Кезсатсй С. 2011. V. 23. Р. 151-160].

Пример выполнения микрополоскового диплексера с тремя резонаторами приведён на фиг. 2. Диплексер содержит три двухмодовых резонатора - один резонатор Т-образной формы и по одному расщеплённому резонатору в фильтрах низкочастотного и высокочастотного каналов. Диэлектрическая подложка устройства выполнена из поликора, имеющего диэлектрическую проницаемость ε_Γ = 9.8. Она имеет форму пластины размерами 58 ммх26 ммх1 мм. Ёмкости связи имеют величину 1.03 пФ для общего порта обоих каналов, 0.612 пФ для порта низкочастотного канала и 0.425 пФ для порта высокочастотного канала. Для удобства подключения устройства наружные проводники расщеплённых резонаторов изогнуты к краю подложки. Такой изгиб не оказывает принципиального влияния на работу устройства.

Расчётная амплитудно-частотная характеристика микрополоскового диплексера, показанного на фиг. 2, представлена на фиг. 3. На зависимости 8₁₁ (сплошная линия) наблюдаются три минимума отражения мощности в полосе частот низкочастотного канала и три минимума отражения в полосе частот высокочастотного канала, указывающих на то, что селективные свойства низкочастотного и высокочастотного каналов соответствуют полосно-пропускающим фильтрам третьего порядка. Это значит, что в формировании полос пропускания обоих каналов действительно участвуют по одной моде колебаний Т-образного двухмодового резонатора и сразу обе моды колебаний одного из расщеплённых двухмодовых резонаторов.

Измеренная амплитудно-частотная характеристика действующего макета диплексера, показанного на фиг. 2, представлена на фиг. 4. Полоса пропускания низкочастотного канала имеет центральную частоту ί[0 = ¹.⁷ ГГц, ширину Δί1 = 0.2 ГГц по уровню -3 дБ, минимальные потери Ц = 0.7 дБ. Полоса пропускания высокочастотного канала имеет центральную частоту ^ί20 = ².¹ ГГц, ширину Δί₂ = 0.2 ГГц по уровню -3 дБ, минимальные потери Ь₂ = 1.1 дБ.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три ёмкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами, отличающийся тем, что один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, а остальные полосковые проводники образуют разделённые продольным зазором две группы проводников, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы.