RU131902U1

RU131902U1 - MICROWAVE TWO-BAND MICRO-STRIP FILTER

Info

Publication number: RU131902U1
Application number: RU2013116274/08U
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Головков; Сергей Александрович Кершис
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-08-27

Abstract

СВЧ двухполосный микрополосковый фильтр, содержащий симметричную многослойную диэлектрическую подложку, состоящую не менее чем из трех слоев, входной и выходной порты, расположенные на среднем слое подложки, двухчастотные микрополосковые резонаторы, выполненные в виде двух одинаковых по форме плоских металлических фрагментов, встречно расположенных на различных сторонах среднего слоя подложки и соединенных по обращенным к друг другу концам металлизированным отверстием связи через средний слой диэлектрической подложки, причем разомкнутые концы упомянутых плоских металлических фрагментов электрически связаны с фрагментами соседних резонаторов, а у крайних резонаторов электрически связаны с портами, отличающийся тем, что упомянутые плоские металлические фрагменты выполнены V-образной формы из двух проводников различной длины, металлизированное отверстие связи двух плоских фрагментов каждого микрополоскового резонатора находится в точке соединения проводников, расположенные на различных сторонах среднего слоя подложки проводники одинаковой длины двух плоских металлических фрагментов одного резонатора попарно соосны, а разомкнутые концы проводников одинаковой длины плоских металлических фрагментов соседних микрополосковых резонаторов расположены на различных сторонах среднего слоя подложки друг над другом.Microwave two-band microstrip filter containing a symmetric multilayer dielectric substrate, consisting of at least three layers, input and output ports located on the middle layer of the substrate, two-frequency microstrip resonators, made in the form of two identical in shape flat metal fragments, opposite located on different sides the middle layer of the substrate and the metallized communication hole connected at the ends facing each other through the middle layer of the dielectric substrate, the bent ends of said planar metal fragments are electrically connected to fragments of adjacent resonators, and at the extreme resonators are electrically connected to ports, characterized in that said planar metal fragments are V-shaped from two conductors of different lengths, a metallized hole for coupling two planar fragments of each microstrip resonator located at the junction of conductors located on different sides of the middle layer of the substrate conductors of the same length two flat x metal fragments of one resonator are paired, and the open ends of conductors of the same length of flat metal fragments of adjacent microstrip resonators are located on different sides of the middle layer of the substrate one above the other.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области радиотехники, в частности к СВЧ-устройствам, и может быть использована в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем связи, например Wi-Fi, для выделения сигналов в двух не смежных диапазонах частот, а также в аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем Glonass, GPS для выделения сигналов поддиапазонов L1 и L2.The inventive utility model relates to the field of radio engineering, in particular to microwave devices, and can be used in radio receivers and radio transmitting devices of communication systems, for example Wi-Fi, to extract signals in two non-adjacent frequency ranges, as well as in the equipment of consumers of satellite radio navigation systems Glonass, GPS for extracting L1 and L2 subband signals.

Известно большое количество двухполосных фильтров для фильтрации сигналов двух диапазонов. Эти фильтры имеют один вход, например от общей антенны, и один выход, на котором выделяются сигналы, лежащие только в каждом из двух рабочих поддиапазонов, остальные отфильтровываются. Эти фильтры могут быть реализованы в разном исполнении. Например, один из них выполнен на двухчастотных ступенчатых микрополосковых резонаторах на многослойной диэлектрической подложке. Такое устройство описано в патенте США - SU 7102470, опубликованном 05.09.2006. Другие варианты фильтров выполнены в микрополосковом исполнении на однослойной подложке с использованием λ/4 или 3λ/4 короткозамкнутых отрезков линии передачи. Такие устройства описаны, например, в статьях: IEEE Microwave and wireless components letters, vol.21, NO.10, October 2011 - "Compact and high-selectivity Microstrip bandpass filters using Triple-/Quad-mode stub loaded resonators"; IEEE Microwave and wireless components letters, vol.21, NO.12, December 2011, "Dual-Band Multi-Pole Directional Filter for Microwave Multiplexing Applications"; IEEE Microwave and wireless components letters, vol.22, NO.5, May 2012, "Dual-Mode Dual-Band Bandpass Filter Using а Single Slotted Circular Patch Resonator".A large number of two-way filters are known for filtering signals of two ranges. These filters have one input, for example, from a common antenna, and one output, on which signals lying only in each of the two working subbands are allocated, the rest are filtered out. These filters can be implemented in different designs. For example, one of them is made on two-frequency step microstrip resonators on a multilayer dielectric substrate. Such a device is described in US patent SU 7102470, published 05.09.2006. Other filter options are made in microstrip on a single layer substrate using λ / 4 or 3λ / 4 short-circuited segments of the transmission line. Such devices are described, for example, in the articles: IEEE Microwave and wireless components letters, vol.21, NO.10, October 2011 - "Compact and high-selectivity Microstrip bandpass filters using Triple- / Quad-mode stub loaded resonators"; IEEE Microwave and wireless components letters, vol.21, NO.12, December 2011, "Dual-Band Multi-Pole Directional Filter for Microwave Multiplexing Applications"; IEEE Microwave and wireless components letters, vol.22, NO.5, May 2012, "Dual-Mode Dual-Band Bandpass Filter Using a Single Slotted Circular Patch Resonator".

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является устройство, описанное в патенте USA - SU 7102470 от 05.09.2006.The closest set of essential features to the claimed utility model is the device described in US patent - SU 7102470 from 09/05/2006.

Известный двухполосный микрополосковый фильтр реализован на ступенчатых резонаторах и включает в себя: многослойную диэлектрическую подложку; входной и выходной порты, расположенные на среднем слое подложки для принятия сигнала и передачи отфильтрованного сигнала далее; и два или большее число ступенчатых микрополосковых резонаторов, резонирующих на центральных частотах двух полос пропускания фильтра.Known two-way microstrip filter is implemented on step resonators and includes: a multilayer dielectric substrate; input and output ports located on the middle layer of the substrate for receiving a signal and transmitting the filtered signal further; and two or more step microstrip resonators resonating at the center frequencies of two filter passbands.

Многослойная диэлектрическая подложка представляет собой не менее чем трехслойную подложку, причем резонаторы располагаются на среднем ее слое. Резонаторы выполнены в виде двух одинаковых по форме плоских ступенчатых металлических фрагментов, встречно нанесенных на различных сторонах среднего слоя диэлектрической подложки и соединенных по обращенным друг к другу узким концам металлизированными отверстиями связи, проходящими через упомянутый средний слой диэлектрической подложки. При этом более широкие концы плоских металлических фрагментов, образующих резонаторы, расположенные на различных сторонах среднего слоя подложки, разомкнуты и образуют две области связи. Первая область связи первого резонатора электрически связана с входным портом, а вторая область связи первого резонатора электрически связана с первой областью связи второго резонатора. Вторая область связи второго резонатора электрически связана с выходным портом. Входной и выходные порты расположены на нижней и верхней сторонах среднего слоя подложки, соответственно, либо с помощью металлизированных отверстий могут расположены на одной из сторон. Ступенчатые микрополосковые резонаторы могут иметь две не кратных резонансных частоты.. Ширины и длины плоских металлических фрагментов, образующих микрополосковые резонаторы, выбираются исходя из требуемых двух центральных частот полос пропускания, электрическая связь резонаторов друг с другом и входным и выходным портами определяется расстоянием между металлическими фрагментами соседних резонаторов и выбирается из наилучшего согласования в рабочих полосах частот фильтра.A multilayer dielectric substrate is not less than a three-layer substrate, and the resonators are located on its middle layer. The resonators are made in the form of two identical in shape flat stepped metal fragments, counter-deposited on different sides of the middle layer of the dielectric substrate and connected at the narrow ends facing each other with metalized communication holes passing through the middle layer of the dielectric substrate. Moreover, the wider ends of the planar metal fragments forming the resonators located on different sides of the middle layer of the substrate are open and form two communication regions. The first communication region of the first resonator is electrically connected to the input port, and the second communication region of the first resonator is electrically connected to the first communication region of the second resonator. The second communication region of the second resonator is electrically connected to the output port. The inlet and outlet ports are located on the lower and upper sides of the middle layer of the substrate, respectively, or using metallized holes can be located on one of the sides. Step microstrip resonators can have two multiple resonant frequencies .. The widths and lengths of the flat metal fragments forming the microstrip resonators are selected based on the required two central frequencies of the passband, the electrical connection of the resonators with each other and the input and output ports is determined by the distance between the metal fragments of adjacent resonators and is selected from the best matching in the working frequency bands of the filter.

В силу того, что на среднем слое подложки располагаются два или более электрически связанных ступенчатых микрополосковых резонаторов, резонирующих одновременно на двух частотах, у итогового полосно-пропускающего фильтра формируются две полосы пропускания. Возбуждение фильтра на двух частотах осуществляется через входной порт, который находится в электрической связи с первым резонатором. Первый резонатор также электрически связан через область связи со вторым резонатором, и значит последовательно на этих же двух частотах происходит возбуждение второго резонатора. Второй резонатор электрически связан с выходным портом также через область связи и отфильтрованный в двух полосах сигнал поступает в выходной порт. Тем самым получается, что передаточная характеристика фильтра имеет две полосы пропускания, центральные частоты которых соответствуют резонансным частотам ступенчатых резонаторов.Due to the fact that two or more electrically coupled step microstrip resonators resonating simultaneously at two frequencies are located on the middle layer of the substrate, two pass bands are formed at the resulting band-pass filter. The filter is excited at two frequencies through the input port, which is in electrical communication with the first resonator. The first resonator is also electrically connected through the communication region with the second resonator, and therefore, the second resonator is excited sequentially at the same two frequencies. The second resonator is also electrically connected to the output port through the communication region, and the signal filtered in two bands enters the output port. Thus, it turns out that the transfer characteristic of the filter has two passbands, the central frequencies of which correspond to the resonant frequencies of step resonators.

Ключевым недостатком описанного устройства является то, что у ступенчатых резонаторов при изменении длин и ширин плоских металлических фрагментов, образующих микрополосковые резонаторы, будут одновременно изменяться обе резонансные частоты. Кроме того, при изменении геометрических размеров резонаторов, одновременно будет изменяться и электрическая связь резонаторов друг с другом, а также с входным и выходным портами, что будет приводить к искажению амплитудно-частотных характеристик двухчастотного фильтра. Поэтому, как на уровне синтеза двухчастотного фильтра, так и на уровне его настройки, будет крайне затруднительно настроить амплитудно-частотные характеристики фильтра на требуемые частоты и коэффициенты связи в каждой из рабочих полос. Перестройка одной центральной частоты и полосы пропускания двухчастотного фильтра, приведет к изменению второй центральной частоты характеристики и ее полосы пропускания.A key disadvantage of the described device is that step resonators when changing the lengths and widths of flat metal fragments forming microstrip resonators will simultaneously change both resonant frequencies. In addition, when changing the geometric dimensions of the resonators, the electrical connection of the resonators with each other, as well as with the input and output ports, will simultaneously change, which will lead to a distortion of the amplitude-frequency characteristics of the two-frequency filter. Therefore, both at the synthesis level of the two-frequency filter and at the level of its tuning, it will be extremely difficult to adjust the amplitude-frequency characteristics of the filter to the required frequencies and coupling coefficients in each of the working bands. Tuning one center frequency and the passband of a dual-frequency filter will result in a change in the second center frequency of the characteristic and its passband.

Технической задачей, решаемой в предлагаемой полезной модели, является создание двухчастотного фильтра, у которого резонансные частоты и коэффициенты связи резонаторов в каждом диапазоне частот можно изменять независимо друг от друга.The technical problem solved in the proposed utility model is the creation of a two-frequency filter, in which the resonant frequencies and coupling coefficients of the resonators in each frequency range can be changed independently of each other.

Это достигается за счет того, что заявляемая полезная модель, также как и описанный известный фильтр, содержит симметричную многослойную диэлектрическую подложку, состоящую не менее чем из трех слоев, входной и выходной порты, расположенные на среднем слое подложки, двухчастотные микрополосковые резонаторы, выполненные в виде двух одинаковых по форме плоских металлических фрагментов, встречно расположенных на различных сторонах среднего слоя подложки и соединенных по обращенным к друг другу концам металлизированным отверстием связи через средний слой диэлектрической подложки, причем разомкнутые концы упомянутых плоских металлических фрагментов электрически связаны с фрагментами соседних резонаторов, а у крайних резонаторов электрически связаны с портами.This is achieved due to the fact that the inventive utility model, as well as the described known filter, contains a symmetric multilayer dielectric substrate, consisting of at least three layers, input and output ports located on the middle layer of the substrate, dual-frequency microstrip resonators, made in the form two identical in shape flat metal fragments, located opposite on different sides of the middle layer of the substrate and connected at the ends facing each other with a metalized communication hole Erez middle layer of the dielectric substrate, wherein the open end of said flat metal pieces are electrically connected with fragments adjacent resonators, and at the extreme resonators are electrically connected to the ports.

Но в отличие от известного устройства, в заявляемой полезной модели плоские металлические фрагменты выполнены V-образной формы из двух проводников различной длины, металлизированное отверстие связи двух плоских фрагментов каждого микрополоскового резонатора находится в точке соединения проводников, расположенные на различных сторонах среднего слоя подложки проводники одинаковой длины двух плоских металлических фрагментов одного резонатора попарно соосны, а разомкнутые концы проводников одинаковой длины у плоских металлических фрагментов соседних микрополосковых резонаторов расположены на различных сторонах среднего слоя подложки друг над другом.But unlike the known device, in the claimed utility model, the flat metal fragments are made in a V-shape from two conductors of different lengths, the metallized hole for the connection of two flat fragments of each microstrip resonator is located at the junction of the conductors, the conductors of the same length located on different sides of the middle layer of the substrate two flat metal fragments of one resonator are pairwise aligned, and the open ends of the conductors of the same length for flat metal fr Agents of adjacent microstrip resonators are located on different sides of the middle layer of the substrate one above the other.

Технический результат, достигаемый таким решением, состоит в развязке резонаторов для каждой из двух полос пропускания фильтра по СВЧ сигналу, настройка резонансных частот и коэффициентов связи резонаторов, а значит и амплитудно-частотных характеристик, для каждой из полос пропускания осуществляется независимо путем подбора геометрических размеров соосных пар проводников двух плоских металлических фрагментов, образующих каждый из резонаторов.The technical result achieved by this solution consists in decoupling the resonators for each of the two passband of the filter by the microwave signal, tuning the resonant frequencies and coupling coefficients of the resonators, and hence the amplitude-frequency characteristics, for each of the passband is carried out independently by selecting the geometrical dimensions of the coaxial pairs of conductors of two flat metal fragments forming each of the resonators.

На фиг.1 схематически показана конструкция проводников СВЧ двухполосного микрополоскового фильтра, расположенных на среднем слое многослойной подложки, на фиг.2 показан поперечный разрез фильтра. На фиг.1 сплошными линиями обозначены проводники металлических фрагментов, расположенных на верхней стороне среднего слоя подложки, пунктирными линиями - проводники, расположенные на нижней стороне. Заявляемый СВЧ двухполосный микрополосковый фильтр содержит многослойную диэлектрическую подложку, на нижней стороне среднего слоя 1 которой расположены входной порт 2, соединенные с входным портом два отрезка микрополосковых линий передачи 3 и 4, на верхней стороне среднего слоя подложки 1 расположен первый V-образный плоский металлический фрагмент первого резонатора, образованный из двух проводников различной длины 5 и 6, второй V-образный плоский металлический фрагмент первого резонатора, образованный из проводников 7 и 8, расположен на нижней стороне среднего слоя подложки, металлизированное отверстие связи 9, соединяющее через средний слой подложки оба плоских фрагмента 5, 6 и 7, 8 первого резонатора расположено в точках соединения проводников, первый V-образный плоский фрагмент второго микрополоскового резонатора, образованный проводниками 10 и 11, расположен на верхней стороне среднего слоя подложки, второй плоский У-образный фрагмент второго резонатора, образованный проводниками 12 и 13, расположен на нижней стороне среднего слоя подложки 1, металлизированное отверстие связи 14, соединяющее через средний слой подложки два плоских фрагмента 10, 11 и 12, 13 второго резонатора расположено в точках соединения проводников 10, 11, 12, 13, два отрезка микрополосковых линий передачи 15 и 16, которые расположены на верхней стороне среднего слоя подложки 1, соединены с выходным портом 17.Figure 1 schematically shows the design of the microwave conductors of a two-band microstrip filter located on the middle layer of the multilayer substrate, figure 2 shows a cross section of the filter. In Fig. 1, solid lines indicate the conductors of metal fragments located on the upper side of the middle layer of the substrate, dotted lines indicate conductors located on the lower side. The inventive microwave two-band microstrip filter contains a multilayer dielectric substrate, on the lower side of the middle layer 1 of which there is an input port 2, two segments of microstrip transmission lines 3 and 4 connected to the input port, the first V-shaped flat metal fragment is located on the upper side of the middle layer of the substrate 1 the first resonator formed from two conductors of different lengths 5 and 6, the second V-shaped flat metal fragment of the first resonator formed from conductors 7 and 8 is located on the lower side of the middle layer of the substrate, a metallized communication hole 9 connecting through the middle layer of the substrate both flat fragments 5, 6 and 7, 8 of the first resonator is located at the connection points of the conductors, the first V-shaped flat fragment of the second microstrip resonator formed by conductors 10 and 11, located on the upper side of the middle layer of the substrate, the second flat U-shaped fragment of the second resonator formed by conductors 12 and 13, located on the lower side of the middle layer of the substrate 1, a metallized hole connection 14, connecting through the middle layer of the substrate two flat fragments 10, 11 and 12, 13 of the second resonator located at the connection points of the conductors 10, 11, 12, 13, two segments of microstrip transmission lines 15 and 16, which are located on the upper side of the middle layer of the substrate 1 are connected to the output port 17.

Проводники 5, 8 и 6, 7, входящие в плоские металлические фрагменты первого резонатора попарно равны по геометрическим размерам и сосны; точно также попарно равны по геометрическим размерам и сосны пары проводников 10, 13 и 11, 12, образующие второй микрополосковый резонатор.Conductors 5, 8 and 6, 7 included in the flat metal fragments of the first resonator are pairwise equal in geometrical dimensions and pine; in the same way, the pairs of conductors 10, 13 and 11, 12, forming the second microstrip resonator, are pairwise equal in geometrical dimensions.

Проводники первого плоского металлического фрагмента первого резонатора 5, 6 и связанные с входным портом 2 два отрезка микрополосковых линий передачи 3, 4 расположены на различных сторонах среднего слоя подложки 1 друг над другом, образуя области связи первого мирополоскового резонатора с входным портом. Проводники второго фрагмента первого резонатора 7, 8 и первого фрагмента второго микрополоскового резонатора 10, 11 также расположены на различных сторонах среднего слоя подложки друг над другом, образуя области связи первого резонатора со вторым. Также на различных сторонах среднего слоя подложки расположены и перекрываются проводники второго плоского металлического фрагмента второго резонатора 12, 13 и связанные с выходным портом два отрезка линий передачи 15, 16, образуя области связи второго резонатора с выходным портом 17.The conductors of the first flat metal fragment of the first resonator 5, 6 and two segments of microstrip transmission lines 3, 4 connected to the input port 2 are located on different sides of the middle layer of the substrate 1 one above the other, forming the communication regions of the first world-strip resonator with the input port. The conductors of the second fragment of the first resonator 7, 8 and the first fragment of the second microstrip resonator 10, 11 are also located on different sides of the middle layer of the substrate one above the other, forming a region of communication between the first resonator and the second. Also on different sides of the middle layer of the substrate are located and overlap the conductors of the second flat metal fragment of the second resonator 12, 13 and two segments of transmission lines 15, 16 connected to the output port, forming the communication region of the second resonator with the output port 17.

На фиг.2 линия сечения условно проходит через осевую линию фильтра и показаны верхний 18 и нижний 19 слои многослойной диэлектрической подложки, нижний 20 и верхний 21 металлические экраны симметричной микрополосковой линии, а также проводники 5, 7, 11, 13, образующие резонаторы, и металлизированные отверстия связи 9, 14.In Fig. 2, the sectional line conditionally passes through the axial line of the filter and the upper 18 and lower 19 layers of the multilayer dielectric substrate, the lower 20 and upper 21 metal screens of the symmetrical microstrip line, as well as the conductors 5, 7, 11, 13 forming the resonators are shown, and metallized communication holes 9, 14.

Фильтр может быть выполнен и с любым другим числом двухчастотных микрополосковых резонаторов, проводники входного 2 и выходного 17 портов могут быть расположены как на одной стороне среднего слоя подложки 1, так и на различных. Возможны и другие варианты выполнения областей электрической связи резонаторов друг с другом и входным и выходным портами, например с параллельным расположением пар проводников 4 и 6, 3 и 5, 8 и 10, 7 и 11, 12 и 15, 13 и 16 на различных сторонах среднего слоя подложки. Проводники резонаторов фильтра могут быть выполнены, как в прототипе, ступенчатыми для сокращения размеров фильтра. Фильтр может быть выполнен как на многослойной диэлектрической подложке с нечетным числом слоев, не менее трех, так и использованием многослойной керамики с низкой температурой обжига (LTCC технологии). В последнем случае возможно существенно сократить габаритные размеры фильтра. Возможно выполнение фильтра и на несимметричной микрополосковой линии с двухслойной подложкой. Эти варианты выполнения будут ясны специалисту после прочтения описания.The filter can be made with any other number of dual-frequency microstrip resonators, the conductors of the input 2 and output 17 ports can be located on one side of the middle layer of the substrate 1, or on different ones. There are other options for the implementation of the areas of electrical communication of the resonators with each other and the input and output ports, for example, with a parallel arrangement of pairs of conductors 4 and 6, 3 and 5, 8 and 10, 7 and 11, 12 and 15, 13 and 16 on different sides middle layer of the substrate. The conductors of the filter cavities can be made, as in the prototype, stepwise to reduce the size of the filter. The filter can be made both on a multilayer dielectric substrate with an odd number of layers, at least three, and using multilayer ceramics with a low firing temperature (LTCC technology). In the latter case, it is possible to significantly reduce the overall dimensions of the filter. It is possible to perform the filter on an asymmetric microstrip line with a two-layer substrate. These options will be clear to the expert after reading the description.

Проводники резонаторов, расположенные на различных сторонах среднего слоя подложки, накрытые сверху и снизу верхним 18 и нижним 19 диэлектрическими слоями многослойной диэлектрической подложки и металлическими экранами 20 и 21 и эквивалентны по СВЧ сигналу отрезкам симметричных микрополосковых линий передачи. Расположенные на разных сторонах среднего слоя подложки попарно соосные проводники 6, 7, 11 и 12 имеют одинаковую геометрическую, а значит и электрическую длину, соответствующую четверти длины волны на первой рабочей частоте фильтра. Отрезки линий 6 и 7, соединенные металлизированным отверстием 9 образуют разомкнутый полуволновый резонатор для средней частоты первого рабочего диапазона двухполосового фильтра. По аналогии отрезки линий, образованных проводниками 11 и 12, соединенные металлизированным отверстием связи 14, также образуют разомкнутый полуволновый резонатор для средней частоты первого рабочего диапазона двухполосового фильтра. Разомкнутый первый полуволновый резонатор, образованный отрезками линий 6, 7 и отверстием 9, электрически связан за счет емкости между расположенными друг над другом на различных сторонах среднего слоя подложки проводников 6 и 4 с входным портом 2. Второй полуволновый резонатор для средней частоты первого рабочего диапазона, составленный из проводников 11 и 12, соединенных металлизированным отверстием 14 электрически связан с первым резонатором за счет емкости между расположенными друг над другом на различных сторонах среднего слоя подложки проводниками 7 и 11. Этот же резонатор будет связан с выходным портом 17 за счет емкости между расположенными друг над другом на различных сторонах среднего слоя подложки проводниками 12 и 15, последний из которых соединен с выходным портом 17.Resonator conductors located on different sides of the middle layer of the substrate, covered by upper and lower upper 18 and lower 19 dielectric layers of the multilayer dielectric substrate and metal shields 20 and 21 and are equivalent in microwave signal to segments of symmetrical microstrip transmission lines. The pairs of coaxial conductors 6, 7, 11, and 12 located on different sides of the middle layer of the substrate have the same geometric, and hence electric, length corresponding to a quarter of the wavelength at the first operating frequency of the filter. The line segments 6 and 7 connected by a metallized hole 9 form an open half-wave resonator for the average frequency of the first working range of a two-band filter. By analogy, line segments formed by conductors 11 and 12 connected by a metallized communication hole 14 also form an open half-wave resonator for the average frequency of the first working range of a two-band filter. The open first half-wave resonator, formed by line segments 6, 7 and the hole 9, is electrically connected due to the capacitance between the conductors 6 and 4 located above each other on different sides of the middle layer of the substrate with the input port 2. The second half-wave resonator for the average frequency of the first operating range, composed of conductors 11 and 12 connected by a metallized hole 14 is electrically connected to the first resonator due to the capacitance between located on top of each other on different sides of the middle layer of the substrate conductors 7 and 11. The same resonator is connected to the output port 17 due to the capacitance between the one above the other on different sides of the middle layer 12 and the substrate conductors 15, the latter being connected to the output port 17.

Отрезки линий, образованные проводниками, 5, 8, 10 и 13 имеют электрическую длину, соответствующую четверти длины волны на второй рабочей частоте фильтра. Следовательно, отрезки линий 5 и 8 совместно с отверстием 9, а также 10, 13 совместно с отверстием 14 образуют разомкнутые полуволновые резонаторы для средней частоты второго рабочей частоты двухполосового фильтра. Первый полуволновый резонатор для второй рабочей частоты, образованный проводниками 5, 8 и отверстием 9 электрически связан с входным портом 2 за счет емкости между лежащими друг над другом на различных сторонах среднего слоя подложки проводниками 5 и 3, который соединен с входным портом 2. Одновременно этот же первый резонатор электрически связан со вторым резонатором за счет емкости между проводниками 8 и 10, расположенными на различных сторонах среднего слоя подложки 1 друг над другом. Второй резонатор для второй рабочей частоты, состоящий из проводников 10, 13 и металлизированного отверстия 14, электрически связан с выходным портом 17 за счет емкости между перекрывающимися концами проводников 13 и 16, последний из которых соединен с выходным портом 17.The line segments formed by the conductors 5, 8, 10 and 13 have an electric length corresponding to a quarter of the wavelength at the second operating frequency of the filter. Therefore, the line segments 5 and 8 together with the hole 9, as well as 10, 13 together with the hole 14 form open half-wave resonators for the average frequency of the second working frequency of the two-band filter. The first half-wave resonator for the second operating frequency, formed by conductors 5, 8 and the hole 9, is electrically connected to the input port 2 due to the capacitance between the conductors 5 and 3 lying on one side of the middle layer of the substrate, which is connected to the input port 2. At the same time, this the first resonator is electrically connected to the second resonator due to the capacitance between the conductors 8 and 10 located on different sides of the middle layer of the substrate 1 one above the other. The second resonator for the second operating frequency, consisting of conductors 10, 13 and a metallized hole 14, is electrically connected to the output port 17 due to the capacitance between the overlapping ends of the conductors 13 and 16, the last of which is connected to the output port 17.

Таким образом, на каждой из рабочих частот фильтра мы имеем по два электрически связанных между собой и с входным и выходным портами полуволновых резонатора, которые при правильно выбранных электрических связях обеспечат двугорбые амплитудно-частотные характеристики передачи в каждой из рабочих полос пропускания.Thus, at each of the operating frequencies of the filter, we have two half-wave resonators that are electrically connected with each other and with the input and output ports of the half-wave resonator, which, when correctly selected, will provide two-humped amplitude-frequency transmission characteristics in each of the working passbands.

Поскольку электрические длины линий 6, 7 и 11, 12 равны и равны электрические длины пар линий 5, 8 и 10, 13, то проводники, образующие полуволновые резонаторы для двух рабочих частоты фильтра, пересекаются и соединяются металлизированными в отверстиями связи 9 и 14 в точках, в которых СВЧ напряжение на каждой из двух рабочих частот равно нулю и, следовательно, резонаторы для различных диапазонов частот будут электрически развязаны друг с другом. Перемежение проводников в парах 5 и 8, 10 и 13, 6 и 7, 11 и 12 с расположением их на различных сторонах среднего слоя подложки требуется, чтобы улучшить развязку резонаторов, т.к. в этом случае картина поля в полуволновых резонаторах будет более симметричной с четко выраженным нулем напряжения на обеих частотах в точках 9 и 14.Since the electric lengths of lines 6, 7, and 11, 12 are equal and equal to the electric lengths of pairs of lines 5, 8, and 10, 13, the conductors forming half-wave resonators for the two working frequencies of the filter intersect and are connected at the points metallized in the communication holes 9 and 14 , in which the microwave voltage at each of the two working frequencies is zero and, therefore, the resonators for different frequency ranges will be electrically isolated from each other. The alternation of conductors in pairs 5 and 8, 10 and 13, 6 and 7, 11 and 12 with their location on different sides of the middle layer of the substrate is required to improve the isolation of the resonators, because in this case, the field pattern in the half-wave resonators will be more symmetrical with a clearly defined zero voltage at both frequencies at points 9 and 14.

Если в процессе проектирования и настройки СВЧ двухполосного микрополоскового фильтра будет соблюдаться центральная симметрия полуволновых резонаторов, составленных из проводников 5 и 8, 10 и 13 относительно металлизированных отверстий 9 и 14, то при симметричном изменении их геометрических размеров будут изменяться резонансная частота и коэффициенты связи резонаторов на второй рабочей частоте фильтра. Эти изменения не скажутся на резонансной частоте и коэффициентах связи резонаторов 6 и 7, 11 и 12 на первой рабочей полосе фильтра, поскольку при центральной симметрии проводников 5 и 8, 10 и 13 относительно металлизированных отверстий 9 и 14 на этих отверстиях всегда будет нулевое напряжение СВЧ сигнала второй рабочей частоты. Справедливо и обратное утверждение: при центральной симметрии проводников 6 и 7, 11 и 12 относительно металлизированных отверстий 9 и 14 на этих отверстиях всегда будет нулевое напряжение СВЧ сигнала первой рабочей частоты. Таким образом резонаторы будут развязаны по СВЧ сигналам первого и второго рабочих полос фильтра. Расположенные друг над другом на различных сторонах среднего слоя подложки разомкнутые концы проводников плоских фрагментов соседних резонаторов образуют области связи, величиной перекрытия проводников в которых можно независимо регулировать коэффициенты связи для каждой из полос пропускания фильтра и, таким образом, независимо настраивать амплитудно-частотные характеристики в полосах пропускания фильтра.If the central symmetry of half-wave resonators composed of conductors 5 and 8, 10 and 13 with respect to the metallized holes 9 and 14 is observed during the design and tuning of the microwave two-band microstrip filter, then with a symmetric change in their geometric dimensions the resonant frequency and coupling coefficients of the resonators will change by second filter operating frequency. These changes will not affect the resonant frequency and coupling coefficients of the resonators 6 and 7, 11 and 12 on the first working band of the filter, since with central symmetry of the conductors 5 and 8, 10 and 13 relative to the metallized holes 9 and 14, there will always be zero microwave voltage on these holes signal of the second working frequency. The converse is also true: with central symmetry of the conductors 6 and 7, 11 and 12 relative to the metallized holes 9 and 14, these holes will always have a zero voltage of the microwave signal of the first working frequency. Thus, the resonators will be decoupled from the microwave signals of the first and second filter operating bands. The open ends of the conductors of planar fragments of adjacent resonators located on top of each other on the middle layer of the substrate form communication regions, the overlap of the conductors in which you can independently adjust the coupling coefficients for each of the filter passbands and, thus, independently adjust the amplitude-frequency characteristics in the bands filter pass.

Эти свойства микрополосковых резонаторов заявляемой полезной модели позволяют по отдельности подбирать электрические длины и коэффициенты связи резонаторов на различных частотах рабочего диапазона без влияния их друг на друга, соблюдая при этом только условие, чтобы резонаторы пересекались в средней точке, т.е. центральную симметрию полуволновых резонаторов относительно металлизированных отверстий 9 и 14.These properties of the microstrip resonators of the claimed utility model make it possible to individually select the electric lengths and coupling coefficients of the resonators at different frequencies of the operating range without affecting each other, observing only the condition that the resonators intersect at a midpoint, i.e. the central symmetry of the half-wave resonators relative to the metallized holes 9 and 14.

За счет предлагаемой структуры фильтра и пересечения полуволновых резонаторов в точке нулевого потенциала мы добиваемся того, что электрически развязываем полуволновые резонаторы на рабочих частотах двухполосового фильтра и даем возможность на уровне синтеза и изготовления двухчастотного фильтра настраивать центральные частоты и полосы пропускания двухчастотного фильтра независимо друг от друга, что сокращает время синтеза и его настройки при производстве, а также обеспечивает высокую повторяемость экземпляров фильтров.Due to the proposed filter structure and the intersection of half-wave resonators at a point of zero potential, we achieve that we electrically decouple the half-wave resonators at the operating frequencies of the two-band filter and enable the central frequencies and pass-bands of the two-frequency filter to be adjusted independently of each other at the synthesis and manufacturing level of the two-frequency filter, which reduces the synthesis time and its settings during production, and also provides high repeatability of filter instances.

Claims

Microwave two-band microstrip filter containing a symmetric multilayer dielectric substrate, consisting of at least three layers, input and output ports located on the middle layer of the substrate, two-frequency microstrip resonators, made in the form of two identical in shape flat metal fragments, opposite located on different sides the middle layer of the substrate and the metallized communication hole connected at the ends facing each other through the middle layer of the dielectric substrate, the bent ends of said planar metal fragments are electrically connected to fragments of adjacent resonators, and at the extreme resonators are electrically connected to ports, characterized in that said planar metal fragments are V-shaped from two conductors of different lengths, a metallized hole for coupling two planar fragments of each microstrip resonator located at the junction of conductors located on different sides of the middle layer of the substrate conductors of the same length two flat x metal fragments of one resonator are paired, and the open ends of conductors of the same length of flat metal fragments of adjacent microstrip resonators are located on different sides of the middle layer of the substrate one above the other.