RU218773U1 - MINIATURE STRIP-BAND FILTER - Google Patents
MINIATURE STRIP-BAND FILTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU218773U1 RU218773U1 RU2023109587U RU2023109587U RU218773U1 RU 218773 U1 RU218773 U1 RU 218773U1 RU 2023109587 U RU2023109587 U RU 2023109587U RU 2023109587 U RU2023109587 U RU 2023109587U RU 218773 U1 RU218773 U1 RU 218773U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- resonators
- conductors
- strip
- dielectric substrate
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот и предназначена для частотной селекции сигналов. Миниатюрный полосковый полосно-пропускающий фильтр содержит подвешенную между экранами диэлектрическую подложку, на обеих поверхностях которой расположены полосковые металлические проводники резонаторов. Каждый резонатор в заявляемом фильтре образован двумя П-образными металлическими полосковыми проводниками, расположенными на разных сторонах диэлектрической подложки, у которых один конец замкнут на экран, а другой - свободен. Полосковые резонаторы в фильтре попарно связаны участками перекрывающихся полосковых проводников, т.е. резонаторы имеют общую площадь, занимаемую ими на диэлектрической подложке. Техническим результатом полезной модели является уменьшение размеров полоскового фильтра и повышение его селективности. 3 ил. The utility model relates to microwave technology and is intended for frequency selection of signals. A miniature strip band pass filter contains a dielectric substrate suspended between the screens, on both surfaces of which there are strip metal conductors of the resonators. Each resonator in the inventive filter is formed by two U-shaped metal strip conductors located on different sides of the dielectric substrate, in which one end is closed to the screen, and the other is free. The stripline resonators in the filter are connected in pairs by sections of overlapping stripline conductors, i.e. resonators have a total area occupied by them on a dielectric substrate. The technical result of the utility model is to reduce the size of the bandpass filter and increase its selectivity. 3 ill.
Description
Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот и предназначена для частотной селекции сигналов.The utility model relates to microwave technology and is intended for frequency selection of signals.
Известна конструкция полосно-пропускающего фильтра [Патент РФ №2237320, МПК 7 Н01Р 1/203, опубл. 27.09.2004, Бюл. №27]. Фильтр содержит подвешенную диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые на экран с одного торца подложки полосковые проводники, а на вторую сторону подложки вместо заземляемого основания также нанесены короткозамкнутые на экран с другого торца подложки полосковые проводники. Фильтр такой конструкции имеет значительно меньшую длину полосковых проводников по сравнению с микрополосковыми, а значит, и меньшие размеры подложки. Это позволяет конструировать полосковые фильтры на более низкие частоты. Недостатком конструкции фильтра являются большие размеры на частотах метрового диапазона длин волн (<300МГц), а также тот факт, что на его амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) полюса затухания либо отсутствуют, либо находятся далеко относительно полосы пропускания, поэтому крутизна склонов полосы пропускания устройства (селективность) сравнительно невелика.A known design of the bandpass filter [RF Patent No. 2237320, IPC 7
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является конструкция полоскового полосно-пропускающего фильтра [Leksikov A.A., Serzhantov A.M., Govorun I.V., Afonin A.O., Ugryumov A.V., Leksikov An.A. Miniaturized Suspended-Substrate Two-Conductors Resonator and a Filter on Its Base // Progress In Electromagnetics Research M, 2019, Vol. 84, P. 127-135. (Прототип)]. Фильтр состоит из двухпроводниковых резонаторов выполненных на диэлектрической подложке, подвешенной в металлическом корпусе на одинаковых расстояниях между верхним и нижним экраном. Каждый резонатор в фильтре образован двумя П-образными металлическими полосковыми проводниками, расположенными на разных сторонах диэлектрической подложки, у которых один конец замкнут на экран, а другой - свободен. Фильтр обладает меньшими размерами по сравнению с первым аналогом за счет сворачивания полосковых проводников в П-образную форму. Однако, несмотря на высокую миниатюрность используемой в фильтре конструкции резонатора, остается нерешенной проблема уменьшения размеров многозвенных фильтров, состоящих из большого числа таких резонаторов, особенно в диапазоне метровых длин волн (<300 МГц). Кроме того, на АЧХ таких фильтров отсутствуют близко расположенные к полосе пропускания полюса затухания, что приводит к невысоким селективным свойствам.The closest analogue in terms of the set of essential features is the design of a band pass filter [Leksikov A.A., Serzhantov A.M., Govorun I.V., Afonin A.O., Ugryumov A.V., Leksikov An.A. Miniaturized Suspended-Substrate Two-Conductors Resonator and a Filter on Its Base // Progress In Electromagnetics Research M, 2019, Vol. 84, P. 127-135. (Prototype)]. The filter consists of two-wire resonators made on a dielectric substrate suspended in a metal case at equal distances between the upper and lower screens. Each resonator in the filter is formed by two U-shaped metal strip conductors located on different sides of the dielectric substrate, in which one end is closed to the screen, and the other is free. The filter has a smaller size compared to the first analogue due to the folding of the strip conductors into a U-shape. However, despite the high miniaturization of the resonator design used in the filter, the problem of reducing the size of multi-section filters consisting of a large number of such resonators remains unresolved, especially in the meter wavelength range (<300 MHz). In addition, on the frequency response of such filters there are no attenuation poles close to the passband, which leads to low selective properties.
Техническим результатом заявляемого устройства является уменьшение размеров полоскового фильтра и повышение его селективности.The technical result of the proposed device is to reduce the size of the band pass filter and increase its selectivity.
Указанный технический результат достигается тем, что в полосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем подвешенную в металлическом корпусе диэлектрическую подложку с полосковыми резонаторами, образованными двумя П-образными металлическими полосковыми проводниками, расположенными на разных сторонах диэлектрической подложки, у которых один конец замкнут на экран, а другой - свободен, новым является то, что полосковые резонаторы попарно связаны участками перекрывающихся полосковых проводников.This technical result is achieved by the fact that in a strip band pass filter containing a dielectric substrate suspended in a metal case with strip resonators formed by two U-shaped metal strip conductors located on different sides of the dielectric substrate, in which one end is closed to the screen, and the other is free, what is new is that the stripline resonators are connected in pairs by sections of overlapping stripline conductors.
Сущность устройства поясняется с помощью следующих графических материалов. The essence of the device is explained using the following graphic materials.
На фиг. 1а показана топология полосковых проводников заявляемой конструкции фильтра, а на Фиг. 1б топология полосковых проводников фильтра-прототипа; In FIG. 1a shows the topology of the strip conductors of the proposed filter design, and Fig. 1b the topology of the strip conductors of the prototype filter;
на фиг. 2 изображены рассчитанные частотные зависимости коэффициента передачи S21 и коэффициента отражения S11 фильтров второго порядка заявляемой конструкции и конструкции фильтра-прототипа; in fig. 2 shows the calculated frequency dependences of the transmission coefficient S 21 and the reflection coefficient S 11 of the second-order filters of the claimed design and the prototype filter design;
на фиг. 3а изображена топология проводников полосно-пропускающего фильтра заявляемой конструкции из четырех резонаторов; in fig. 3a shows the topology of the conductors of the band pass filter of the proposed design of four resonators;
на фиг. 3б его рассчитанные частотные зависимости коэффициента передачи S21 и коэффициента отражения S11.in fig. 3b, its calculated frequency dependences of the transmission coefficient S 21 and the reflection coefficient S 11 .
Заявляемое устройство (фиг. 1а) содержит подвешенную между экранами диэлектрическую подложку, на обеих поверхностях которой расположены полосковые металлические проводники резонаторов. Каждый резонатор в заявляемом фильтре образован двумя П-образными металлическими полосковыми проводниками, расположенными на разных сторонах диэлектрической подложки, у которых один конец замкнут на экран, а другой - свободен. На фиг. 1а изображены два таких резонатора расположенных рядом друг с другом, при этом металлические стенки корпуса и подложка не показаны, чтобы не загромождать рисунок. В этой конструкции резонатора П-образные полосковые проводники, расположенные на разных поверхностях подложки развернуты на 180° относительно друг друга так, что их замкнутые на экран концы находятся на противоположных торцах подложки. Внешние линии передачи с волновым сопротивлением Z=50 Ом подключены к наружным полосковым проводникам. Принципиальным отличием заявляемой конструкции фильтра (фиг. 1а) от конструкции фильтра-прототипа (фиг. 1б) является то, что у резонаторов созданы области с взаимным перекрытием полосковых проводников, т.е. смежные резонаторы имеют общую площадь, занимаемую ими на диэлектрической подложке.The inventive device (Fig. 1a) contains a dielectric substrate suspended between the screens, on both surfaces of which there are strip metal conductors of the resonators. Each resonator in the inventive filter is formed by two U-shaped metal strip conductors located on different sides of the dielectric substrate, in which one end is closed to the screen, and the other is free. In FIG. 1a shows two such resonators located next to each other, while the metal walls of the housing and the substrate are not shown so as not to clutter up the figure. In this design of the resonator, U-shaped strip conductors located on different surfaces of the substrate are rotated 180° relative to each other so that their ends closed to the screen are at opposite ends of the substrate. External transmission lines with wave impedance Z=50 Ohm are connected to the outer strip conductors. The fundamental difference between the proposed filter design (Fig. 1a) and the prototype filter design (Fig. 1b) is that the resonators have regions with mutual overlap of the strip conductors, i.e. adjacent resonators have a common area occupied by them on the dielectric substrate.
Фильтр работает следующим образом. The filter works as follows.
Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам резонаторов как показано на фиг. 1а. Расстояние от заземленных концов полосковых проводников резонаторов до точек подключения внешних линий передачи 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.The input and output transmission lines are connected to the conductors of the resonators as shown in Fig. 1a. The distance from the grounded ends of the strip conductors of the resonators to the connection points of the external transmission lines is determined by the given level of reflections in the filter passband. Signals whose frequencies fall within the passband pass to the filter output with minimal loss, while signals outside the passband are reflected from the input of the device.
Заявляемый технический результат достигается следующим образом. The claimed technical result is achieved as follows.
Вследствие того, что у резонаторов заявляемой конструкции созданы области с взаимным перекрытием полосковых проводников, т.е. смежные резонаторы имеют общую площадь, занимаемую ими на п диэлектрической подложке, то, соответственно, происходит уменьшение размеров всего устройства. Кроме того, за счет взаимного перекрытия полосковых проводников двух резонаторов в заявляемой конструкции фильтра создаются дополнительные перекрестные связи, а значит и дополнительные каналы прохождения. В результате интерференции электромагнитных волн, проходящих по разным каналам, на определенных частотах возникает их противофазное сложение, приводящее к образованию нескольких нулей коэффициентов передачи (полюсов затухания) на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра. Наличие этих полюсов значительно повышает крутизну склонов АЧХ и увеличивает уровень подавления в полосе заграждения фильтра, т.е. улучшает селективность устройства.Due to the fact that the resonators of the proposed design created areas with mutual overlap of the strip conductors, i.e. adjacent resonators have a total area occupied by them on the n dielectric substrate, then, accordingly, the size of the entire device decreases. In addition, due to the mutual overlap of the strip conductors of the two resonators in the inventive filter design, additional cross-links are created, and hence additional passage channels. As a result of the interference of electromagnetic waves passing through different channels, their antiphase addition occurs at certain frequencies, leading to the formation of several zeros of the transmission coefficients (attenuation poles) on the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the filter. The presence of these poles significantly increases the steepness of the slopes of the frequency response and increases the level of suppression in the stop band of the filter, i.e. improves device selectivity.
В подтверждение заявляемого технического результата на фиг. 2 представлены соответствующие частотные зависимости коэффициента передачи S21(f) и коэффициента отражения S11(f) двух вариантов полосно-пропускающего фильтра второго порядка, полученные электродинамическим анализом 3D-моделей. В первом случае резонаторы располагаются как в заявляемом в фильтре (фиг. 1а), а во втором случае как в фильтре-прототипе (фиг. 1б). Фильтры имеют идентичные конструктивные параметры и отличаются только взаимным расположением резонаторов. Центральная частота полосы пропускания обоих фильтров f0=150 МГц, ее относительная ширина Δf/f0=10%. Максимальный уровень отражений в полосе пропускания обоих фильтров был одинаков S11=-20 дБ. Зависимости рассчитаны при следующих конструктивных параметрах фильтров. Относительная диэлектрическая проницаемость подложки εr=80, ее толщина 0.25 мм; величина воздушных зазоров между поверхностями диэлектрической подложки и плоскостями металлического корпуса равна 4 мм; внутренние размеры П-образных проводников W=16.0 мм и w=4.2 мм, а образующие их медные отрезки полосковых линий толщиной 18 мкм имели ширину 1 мм. Расстояние между крайними полосковыми проводниками резонаторов в фильтрах (см. фиг. 1) составило S=0.1 мм. При этом площадь топологии проводников заявляемого фильтра составляет 9.9×20 мм2, а фильтра-прототипа 12.1×20 мм2, т.е. заявляемая конструкция в 1.2 раза меньше по габаритам.In confirmation of the claimed technical result in Fig. 2 shows the corresponding frequency dependences of the transmission coefficient S 21 (f) and the reflection coefficient S 11 (f) of two variants of the second-order bandpass filter, obtained by electrodynamic analysis of 3D models. In the first case, the resonators are located as in the claimed filter (Fig. 1a), and in the second case, as in the prototype filter (Fig. 1b). The filters have identical design parameters and differ only in the mutual arrangement of the resonators. The center frequency of the passband of both filters f 0 =150 MHz, its relative width Δf/f 0 =10%. The maximum level of reflections in the passband of both filters was the same S 11 =-20 dB. The dependencies are calculated for the following design parameters of the filters. The relative permittivity of the substrate ε r =80, its thickness is 0.25 mm; the size of the air gaps between the surfaces of the dielectric substrate and the planes of the metal housing is 4 mm; the internal dimensions of the U-shaped conductors W=16.0 mm and w=4.2 mm, and the copper segments of the strip lines 18 μm thick forming them had a width of 1 mm. The distance between the extreme strip conductors of the resonators in the filters (see Fig. 1) was S=0.1 mm. The topology area of the conductors of the inventive filter is 9.9×20 mm 2 , and the prototype filter is 12.1×20 mm 2 , i.e. the claimed design is 1.2 times smaller in size.
Из представленных на рис. 2б зависимостей видно, что при прочих равных условиях селективность фильтра заявляемой конструкции больше, так как вблизи полосы пропускания располагаются несколько нулей коэффициента передачи. Эти нули повышают крутизну склонов АЧХ и увеличивают затухание в высокочастотной полосе заграждения, что подтверждает заявляемый технический результатOf those presented in Fig. 2b dependencies it can be seen that, other things being equal, the selectivity of the filter of the proposed design is greater, since several zeros of the transmission coefficient are located near the passband. These zeros increase the steepness of the frequency response slopes and increase the attenuation in the high-frequency stopband, which confirms the claimed technical result.
Известно, что одним из наиболее эффективных способов повышения селективности является увеличение количества резонаторов в фильтрах. На фиг. 3а показана топология проводников четырехрезонаторного полосно-пропускающего фильтра заявляемой конструкции, а на фиг. 3б его рассчитанные частотные зависимости коэффициента передачи S21(f) и коэффициента отражения S11(f), полученные электродинамическим анализом 3D-модели. Диэлектрическая подложка выполнена из материала ТБНС толщиной 0.25 мм (εr=80, tgδ≈0.0005). Величина воздушных зазоров между поверхностями диэлектрической подложки и плоскостями металлического корпуса равна 4 мм. Внутренние размеры П-образных проводников (см. рис. 1) W=16 мм и w=4.2 мм, а образующие их медные отрезки полосковых линий толщиной 18 мкм имели ширину 1 мм. Расстояние между парами резонаторов в фильтре составили: S12=S34=1.1 мм, S23=3.2 мм (индексы показывают порядковые номера резонаторов). Внешние линии передачи с волновым сопротивлением Z=50 Ом были подключены к П-образным полосковым проводникам наружных резонаторов, причем расстояние от точки подключения до точки соединения проводников с экраном определяет уровень отражений в полосе пропускания устройства. Относительная ширина полосы пропускания фильтра, измеренная по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь, составляет Δf/f0=25%, а ее центральная частота f0=150 МГц. Измеренное значение минимальных вносимых потерь в полосе пропускания составляет Lmin≈1 дБ.It is known that one of the most effective ways to increase selectivity is to increase the number of resonators in the filters. In FIG. 3a shows the topology of the conductors of the four-resonator bandpass filter of the proposed design, and Fig. 3b, its calculated frequency dependences of the transmission coefficient S 21 (f) and the reflection coefficient S 11 (f), obtained by electrodynamic analysis of the 3D model. The dielectric substrate is made of TBNS material 0.25 mm thick (ε r =80, tgδ≈0.0005). The size of the air gaps between the surfaces of the dielectric substrate and the planes of the metal housing is 4 mm. The internal dimensions of the U-shaped conductors (see Fig. 1) were W=16 mm and w=4.2 mm, and the copper segments of the strip lines 18 µm thick forming them had a width of 1 mm. The distance between the pairs of resonators in the filter was: S 12 =S 34 =1.1 mm, S 23 =3.2 mm (subscripts show the serial numbers of the resonators). External transmission lines with a characteristic impedance Z=50 Ω were connected to the U-shaped strip conductors of the external resonators, and the distance from the connection point to the connection point of the conductors with the screen determines the level of reflections in the passband of the device. The relative bandwidth of the filter, measured at the level of -3 dB from the level of minimum loss, is Δf/f 0 =25%, and its center frequency f 0 =150 MHz. The measured value of the minimum insertion loss in the passband is L min ≈1 dB.
Из представленных зависимостей видно, что заявляемая конструкция фильтра имеет высокую крутизну склонов и симметричную форму АЧХ относительно центра полосы пропускания. Размеры полосковой структуры заявляемой конструкции фильтра составляют 25.8×20 мм2, в то время как для фильтра-прототипа размеры составляют 32.2×20 мм2, т.е. длина фильтра-прототипа оказывается на 25% больше при прочих равных условиях.From the presented dependences it can be seen that the proposed filter design has a high slope steepness and a symmetrical shape of the frequency response relative to the center of the passband. The dimensions of the stripe structure of the proposed filter design are 25.8×20 mm 2 , while for the prototype filter the dimensions are 32.2×20 mm 2 , i.e. the length of the prototype filter is 25% longer, other things being equal.
Таким образом, заявляемая конструкция полоскового полосно-пропускающего фильтра позволяет реализовывать на ее основе миниатюрные и высокоселективные устройства частотной селекции сигналов.Thus, the proposed design of the strip band pass filter makes it possible to implement on its basis miniature and highly selective devices for frequency selection of signals.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU218773U1 true RU218773U1 (en) | 2023-06-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809940C1 (en) * | 2023-10-20 | 2023-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва" (СибГУ им. М.Ф. Решетнёва) | Shf diplexer |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4578656A (en) * | 1983-01-31 | 1986-03-25 | Thomson-Csf | Microwave microstrip filter with U-shaped linear resonators having centrally located capacitors coupled to ground |
RU2528148C1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-09-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Bandpass microwave filter |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4578656A (en) * | 1983-01-31 | 1986-03-25 | Thomson-Csf | Microwave microstrip filter with U-shaped linear resonators having centrally located capacitors coupled to ground |
RU2528148C1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-09-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Bandpass microwave filter |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Б.А. Беляев и др. Миниатюрный высокоселективный полосно-пропускающий фильтр на двухпроводниковых шпильковых резонаторах // Ural Radio Engineering Journal. 2022;6(2):129-139, 07.05.2022. Leksikov, A. A., Serzhantov, A. M., Govorun, I. V., Afonin, A. O., Ugryumov, A. V., & Leksikov, A. A. (2019). MINIATURIZED SUSPENDED-SUBSTRATE TWO-CONDUCTORS RESONATOR AND A FILTER ON ITS BASE. Progress In Electromagnetics Research M, 84, 127-135. doi:10.2528/pierm19060604. Yani Mu, Zhewang Ma, & Deming Xu. (n.d.). Multilayered Stripline Interdigital- Hairpin Bandpass Filters with Small-Size and Improved Stopband Characteristics. 2005 Asia- Pacific Microwave Conference Proceedings. doi:10.1109/apmc.2005.1606789. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809940C1 (en) * | 2023-10-20 | 2023-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва" (СибГУ им. М.Ф. Решетнёва) | Shf diplexer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3650957B2 (en) | Transmission line, filter, duplexer and communication device | |
JP6723076B2 (en) | filter | |
JP3304724B2 (en) | Dual mode filter | |
Shome et al. | A compact design of circular ring-shaped MMR based bandpass filter for UWB applications | |
RU2528148C1 (en) | Bandpass microwave filter | |
RU2400874C1 (en) | Strip-line filter | |
RU218773U1 (en) | MINIATURE STRIP-BAND FILTER | |
RU2675206C1 (en) | Microstrip broadband band-pass filter | |
JP4334237B2 (en) | Dielectric filter | |
RU2590313C1 (en) | Strip harmonic filter | |
RU2237320C1 (en) | Band-pass filter | |
RU2401490C1 (en) | Microstrip broad-bandpass filter | |
CN111033884B (en) | Filter, duplexer and communication equipment | |
RU2797166C1 (en) | Microstrip bandpass filter | |
RU2763482C1 (en) | Strip band-pass filter | |
CN220086341U (en) | Ceramic filter | |
RU2799384C1 (en) | Monolithic strip-line filter with a wide stopband | |
JPS62278801A (en) | Microstrip band pass filter | |
RU2710386C2 (en) | Miniature bandpass filter | |
RU2785067C1 (en) | Uhf filter of upper frequencies | |
CN221009212U (en) | Wide stop band microstrip band-pass filter | |
RU2775868C1 (en) | Highly selective microstrip band pass filter | |
CN116259938B (en) | Miniaturized box-type coupling topological structure plane microstrip filter | |
RU2708342C1 (en) | Highly selective low pass filter | |
Belyaev et al. | Miniature suspended-substrate bandpass filter |