RU154063U1

RU154063U1 - HIGH FREQUENCY FILTER

Info

Publication number: RU154063U1
Application number: RU2013146519/08U
Authority: RU
Inventors: Борис Афанасьевич Беляев; Александр Александрович Лексиков; Алексей Михайлович Сержантов; Ярослав Федорович Бальва
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-08-10

Abstract

Микрополосковый фильтр верхних частот, содержащий диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и служит заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен прямоугольный полосковый металлический проводник, отличающийся тем, что проводник одним своим широким краем соединен с экраном, а внешние линии передачи подключены к его узким краям с противоположных сторон.A microstrip high-pass filter containing a dielectric substrate, one surface of which is completely metallized and serves as a grounded base, and on the other surface there is a rectangular strip metal conductor, characterized in that the conductor is connected with one wide edge to the screen and the external transmission lines are connected to its narrow edges on opposite sides.

Description

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот и предназначена для использования в селективных трактах приемных и передающих систем.The utility model relates to microwave technology and is intended for use in selective paths of receiving and transmitting systems.

Известна конструкция фильтра верхних частот (ФВЧ) на основе микрополоскового резонатора на квазисосредоточенных элементах, содержащего диэлектрическую подложку, одна поверхность которой полностью металлизирована и заземлена, а на вторую поверхность подложки нанесен полосковый металлический проводник, один конец которого соединен с заземленным основанием фильтра, а второй конец соединен с встречно-штыревыми полосковыми структурами, представляющими собой квазисосредоточенные емкости, к которым подключены входная и выходная линии передачи [Hong J.-S., Lancaster M.J. Microstrip filters for RF/microwave applications // John Wiley & Sons, Inc. - 2001. - P. 163-165]. К недостаткам данной конструкции ФВЧ можно отнести невысокую крутизну спада частотной характеристики, а также недостаточно протяженную полосу пропускания, что связано с паразитными резонансами встречно штыревой структуры.A known design of a high-pass filter (HPF) based on a microstrip resonator on quasi-focused elements containing a dielectric substrate, one surface of which is completely metallized and grounded, and a strip metal conductor is applied to the second surface of the substrate, one end of which is connected to the grounded filter base and the other end connected to interdigital stripe structures, which are quasi-focused capacitances, to which the input and output lines are connected soap has [Hong J.-S., Lancaster M.J. Microstrip filters for RF / microwave applications // John Wiley & Sons, Inc. - 2001. - P. 163-165]. The disadvantages of this design of the high-pass filter include the low slope of the frequency response, as well as the insufficiently extended passband, which is associated with spurious resonances of the on-the-pin structure.

Также известна конструкция микрополоскового резонатора и управляемого фазовращателя на его основе [Патент РФ №2431221, МПК Н01Р 1/19, опубл. 10.10.2011, Бюл. №28], состоящего из подложки, выполненной из магнитного диэлектрика, либо из слоев диэлектриков, на одну поверхность которой нанесено металлическое заземляемое основание, а на другую поверхность нанесен металлический полосковый проводник, соединенный одним своим концом с заземляемым основанием. Однако описанный резонатор реализован на основе магнитоуправляемой подложки и представляет собой устройство, которое предназначено исключительно для управления фазой СВЧ-сигналов в различной радиотехнической аппаратуре и не обладает характеристиками фильтра нижних частот.Also known is the design of a microstrip resonator and a controlled phase shifter based on it [RF Patent No. 2431221, IPC Н01Р 1/19, publ. 10/10/2011, Bull. No. 28], consisting of a substrate made of a magnetic dielectric, or of layers of dielectrics, on one surface of which a metal grounded base is applied, and a metal strip conductor connected at one end to a grounded base is applied to the other surface. However, the described resonator is implemented on the basis of a magnetically controlled substrate and is a device that is designed exclusively to control the phase of microwave signals in various electronic equipment and does not have the characteristics of a low-pass filter.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и выполняемой функции аналогом является микрополосковый фильтр верхних частот [Hong J.-S., Lancaster M.J. Microstrip filters for RF/microwave applications // John Wiley & Sons, Inc. - 2001. - P. 168-169 (Прототип)]. Фильтр образован диэлектрической подложкой, одна поверхность которой полностью металлизирована и заземлена, а на вторую нанесен прямоугольный полосковый проводник, подключенный к внешним линиям передачи. К этому проводнику одним концом кондуктивно подключены расположенные ортогонально ему полосковые проводники, второй конец которых соединен с заземленным основанием фильтра. Такой фильтр имеет лучшую крутизну спада частотной характеристики и более широкую полосу пропускания по сравнению с первым аналогом.The closest analogous combination of essential features and function is the high-pass microstrip filter [Hong J.-S., Lancaster M.J. Microstrip filters for RF / microwave applications // John Wiley & Sons, Inc. - 2001. - P. 168-169 (Prototype)]. The filter is formed by a dielectric substrate, one surface of which is completely metallized and grounded, and the second has a rectangular strip conductor connected to external transmission lines. One end is conductively connected to this conductor by strip conductors located orthogonal to it, the second end of which is connected to a grounded filter base. Such a filter has a better slope of the frequency response and a wider bandwidth compared to the first counterpart.

Общим недостатком как первого, так и второго аналога является сложность конструкции. Кроме того, они характеризуются сравнительно невысоким уровнем предельной рабочей мощности из-за наличия узких проводников в местах расположения пучностей высокочастотного тока.A common drawback of both the first and second counterpart is the design complexity. In addition, they are characterized by a relatively low level of maximum operating power due to the presence of narrow conductors at the locations of high-frequency current antinodes.

Техническим результатом полезной модели является увеличение предельной передаваемой мощности фильтра верхних частот и упрощение его конструкции.The technical result of the utility model is to increase the maximum transmitted power of the high-pass filter and simplify its design.

Полезная модель поясняется чертежами: Фиг. 1 - конструкция заявляемого ФВЧ; Фиг. 2 - топология полосковых проводников заявляемого ФВЧ и его прототипа, Фиг. 3 - АЧХ заявляемого ФВЧ и его прототипа, Фиг. 4 - измеренная АЧХ прямых (точки) и обратных (штрихи) потерь заявляемого фильтра верхних частот.The utility model is illustrated by drawings: FIG. 1 - design of the inventive highpass filter; FIG. 2 - the topology of the strip conductors of the inventive high-pass filter and its prototype, FIG. 3 - frequency response of the claimed high-pass filter and its prototype, FIG. 4 - measured frequency response of direct (points) and reverse (strokes) losses of the proposed high-pass filter.

Заявляемое устройство (Фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку (1), одна поверхность которой полностью металлизирована (2) и является заземляемым основанием, а на другой поверхности расположен прямоугольный полосковый проводник (3), замкнутый одним своим широким краем с заземляемым основанием. К одному из его узких краев подключен вход, а к другому - выход.The inventive device (Fig. 1) contains a dielectric substrate (1), one surface of which is completely metallized (2) and is a grounded base, and on the other surface is a rectangular strip conductor (3), closed with one wide edge of it with a grounded base. An input is connected to one of its narrow edges, and an output is connected to the other.

Фильтр работает следующим образом. Вход и выход подключаются к проводнику в точках, расстояние от которых до заземленного края проводника 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. По существу, конструкция фильтра представляет собой прямоугольный металлический волновод с диэлектрическим заполнением в полосковом исполнении, одна из боковых стенок которого отсутствует. На низких частотах, где волновод является запредельным, т.е. на частотах ниже частоты отсечки, происходит практически полное отражение сигнала от входа устройства. На частотах выше частоты отсечки волновода возбуждаются бегущие волны как основного типа, так и высших мод колебаний, а сигнал практически без потерь проходит на выход.The filter works as follows. The input and output are connected to the conductor at points, the distance from which to the grounded edge of the conductor is determined by the specified level of reflections in the passband of the filter. Signals whose frequencies fall into the passband pass to the filter output with minimal losses, while at frequencies outside the passband, signals from the input of the device are reflected. Essentially, the filter design is a rectangular metal waveguide with dielectric filling in a strip design, one of the side walls of which is absent. At low frequencies, where the waveguide is transcendental, i.e. at frequencies below the cutoff frequency, there is almost complete reflection of the signal from the input of the device. At frequencies above the cutoff frequency of the waveguide, traveling waves of both the main type and the higher modes of oscillation are excited, and the signal passes to the output almost without loss.

На Фиг. 2а, б представлены топологии и конструктивные параметры заявляемого фильтра и фильтра прототипа соответственно. Для сравнения их частотных характеристик был произведен расчет обеих структур на одинаковых по занимаемой площади подложках с диэлектрической проницаемостью ε=80 и толщиной 1 мм. В обоих случаях подложки были помещены в металлический корпус-экран, где высота верхней стенки экрана над поверхностью подложки 5 мм.In FIG. 2A, b presents the topology and design parameters of the inventive filter and filter of the prototype, respectively. To compare their frequency characteristics, both structures were calculated on substrates of the same occupancy area with a dielectric constant of ε = 80 and a thickness of 1 mm. In both cases, the substrates were placed in a metal screen housing, where the height of the upper wall of the screen above the surface of the substrate was 5 mm.

На Фиг. 3 представлены рассчитанные АЧХ заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра-прототипа (точки) для конструктивных параметров, указанных на Фиг. 2. Из приведенных рисунков видно, что заявляемая конструкция существенно проще, а кроме того селективные свойства фильтра на ее основе (крутизна спада частотной характеристики) выше при одинаковых габаритах.In FIG. 3 shows the calculated frequency response of the inventive filter (solid line) and the prototype filter (dots) for the design parameters indicated in FIG. 2. From the above figures it is seen that the claimed design is much simpler, and in addition, the selective properties of the filter based on it (the steepness of the decrease in the frequency response) are higher with the same dimensions.

Как известно, предельное значение уровня мощности, с которой могут работать полосковые устройства, определяется, в том числе, шириной полосковых проводников, на которые приходятся пучности высокочастотного тока. Заявляемая конструкция фильтра верхних частот фактически представляет собой отрезок волновода, работающего в режиме бегущей волны, и поэтому может работать при уровнях мощности сигнала значительно больших, чем фильтр прототип.As is known, the limiting value of the power level with which strip devices can operate is determined, inter alia, by the width of the strip conductors, which comprise the antinodes of the high-frequency current. The inventive design of the high-pass filter is actually a segment of a waveguide operating in the traveling wave mode, and therefore can work at signal power levels much higher than the prototype filter.

На Фиг. 4 приведены измеренные АЧХ заявляемого фильтра. Фильтр был выполнен на подложке с диэлектрической проницаемостью ε=80 и толщиной 1 мм; подложка размещалась в металлическом корпусе-экране, при этом высота верхней стенки экрана над поверхностью подложки составляла 5 мм; длина и ширина полоскового проводника резонатора L=21 мм и W=3 мм соответственно. Настройка фильтра по уровню КСВ в полосе пропускания осуществлялась выбором точек кондуктивного подключения внешних линий передачи L_c=2.5 мм. Внутренние размеры корпуса - 27×5×6 мм³.In FIG. 4 shows the measured frequency response of the claimed filter. The filter was made on a substrate with a dielectric constant ε = 80 and a thickness of 1 mm; the substrate was placed in a metal casing-screen, while the height of the upper wall of the screen above the surface of the substrate was 5 mm; the length and width of the strip conductor of the resonator are L = 21 mm and W = 3 mm, respectively. The filter was adjusted according to the SWR level in the passband by selecting the conductive connection points of the external transmission lines L _c = 2.5 mm. The internal dimensions of the case are 27 × 5 × 6 mm ³ .

Таким образом, заявляемый фильтр верхних частот не только значительно проще по конструкции в сравнении с аналогами, но и имеет более высокую крутизну спада частотной характеристики, а также способен работать с сигналами более высокой мощности.Thus, the inventive high-pass filter is not only much simpler in design in comparison with analogs, but also has a higher slope of the frequency response, and is also able to work with signals of higher power.

Claims

A microstrip high-pass filter containing a dielectric substrate, one surface of which is completely metallized and serves as a grounded base, and on the other surface there is a rectangular strip metal conductor, characterized in that the conductor is connected by one wide edge to the screen and the external transmission lines are connected to its narrow edges on opposite sides.