RU2321108C2 - Свч-диплексер - Google Patents
Свч-диплексер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2321108C2 RU2321108C2 RU2006116145/09A RU2006116145A RU2321108C2 RU 2321108 C2 RU2321108 C2 RU 2321108C2 RU 2006116145/09 A RU2006116145/09 A RU 2006116145/09A RU 2006116145 A RU2006116145 A RU 2006116145A RU 2321108 C2 RU2321108 C2 RU 2321108C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- low
- input
- output
- directional coupler
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к частотно-избирательным разветвителям, предназначенным для разделения сигналов различных частот. СВЧ-диплексер содержит устройство разделения входной мощности на два канала, выполненное в виде направленного ответвителя (НО), два полосовых фильтра низких частот (НЧ) и согласованную нагрузку. Вход одного фильтра НЧ соединен с выходом основного плеча НО. Вход второго фильтра НЧ соединен с выходом связанной линии НО. Выход второго фильтра НЧ соединен с входом согласованной нагрузки. Технический результат изобретения - увеличение ширины полос каналов СВЧ-диплексера и увеличение суммарной полосы поддиапазонов пропускания до нескольких октав. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к частотно-избирательным разветвителям или мультиплексорам, которые применяются для разделения сигналов различных частот, существующих в одной и той же цепи и направляющих их в дополнительные цепи или наоборот. Диплексер - это мультиплексор, разделяющий полосу частот сигналов, существующую в одной цепи, на два поддиапазона частот.
Известен частотный разделитель (RU пат. №853720, доп. к авт. св. №716460, Н01Р 1/213, 15.04.94. Бюл. №7). Он содержит корпус с входными и выходными разъемами, в котором размещены возбуждающая линия, соединенная одним концом с входным разъемом, а другим концом - с согласованной нагрузкой, и связанные с возбуждающей линией фильтры на спиральных резонаторах, расположенные перпендикулярно возбуждающей линии, причем входные резонаторы фильтров установлены с возможностью осевого смещения. Внутренний проводник возбуждающей линии выполнен в виде соосных проводников, последовательно соединенных между собой через дополнительно веденные спирали, охватывающие входные резонаторы фильтров.
Недостаток аналога - узкополосность дополнительных (связанных) цепей, обусловленная узкополосностью спиральных резонаторов, и сложность их настройки.
Также известен мультиплексор, разделяющий широкополосный сигнал на N цепей (А.Ф.Харвей. «Техника сверхвысоких частот. Том 1, 1965 г., стр.290, 291, рис.5.18»). Мультиплексор содержит волновод основной цепи и N волноводов дополнительных цепей. Волноводы дополнительных цепей соединены с волноводом основной цепи через отверстия связи. На входе каждой дополнительной цепи включен полуволновый резонатор, настроенный на частоту сигнала, который необходимо иметь в данной цепи. На выходе волновода основной цепи также включен полуволновый резонатор, настроенный на определенную частоту сигнала. Полуволновые резонаторы узкополосные, поэтому все дополнительные цепи мультиплексора узкополосные, что и является его недостатком. Полуволновые резонаторы нуждаются в сложной настройке.
За прототип изобретения принят направленный фильтр (SU пат. №1580460, Н01Р 1/20, 23.07.90. Бюл. №27), содержащий два фильтра на одну частоту, согласованную нагрузку, фазовращатель на 180°, первый и второй направленные ответвители. Выход основного канала первого направленного ответвителя подключен к входу основного канала второго направленного ответвителя через первый фильтр, а выход его дополнительного канала подключен ко второму фильтру. Между вторым фильтром и входом дополнительного канала второго направленного ответвителя включен фазовращатель. Согласованная нагрузка подключена к выходу дополнительного канала второго направленного ответвителя.
Недостаток направленного фильтра состоит в том, что для расширение полосы рабочих частот необходимо каждый раз настраивать фазовращатель. В противном случае на входы второго направленного ответвителя поступят сигналы первой частоты не в фазе, вплоть до противофазы, и на его выходе сигнала первой частоты не будет.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена блок-схема диплексера по изобретению, на которой введены обозначения:
1 - направленный ответвитель (НО) с основной и связанной линией;
а - вход и б - выход основной линии НО 1;
в - связанный и г - развязанный выходы связанной линии НО 1;
2 - первый широкополосный фильтр низких частот (ФНЧ-2);
3 - второй широкополосный фильтр низких частот (ФНЧ-3);
4 - согласованная нагрузка.
На фиг.2 представлена схема фильтра низких частот, реализованного с помощью шлейфов, на которой введены обозначения:
5 - основная линия;
6 - шлейфы.
На фиг.3 представлены амплитудно-частотные характеристики диплексера при идеальных характеристиках ФНЧ фильтров и настройке НО 1 на Fo=15 ГГц (частота максимальной связи с НО), на которых введены обозначения:
1 - относительная мощность в НЧ канале при связи линий в НО 4 дБ,
2 - относительная мощность в НЧ канале при связи линий в НО 3 дБ,
3 - относительная мощность в ВЧ канале при связи линий в НО 3 дБ,
4 - относительная мощность в ВЧ канале при связи линий в НО 4 дБ,
5 - относительная мощность в связанной линии НО при связи 3 дБ и настройке на частоту Fo=15 ГГц без фильтров,
6 - относительная мощность в связанной линии НО при связи 4 дБ.
Технический результат изобретения - увеличение ширины полос каналов СВЧ-диплексера и увеличение суммарной полосы поддиапазонов пропускания до нескольких октав за счет когерентного сложения сигналов в области высоких частот, за счет того, что полоса области связи НО сравнима с полосой высокочастотного канала и за счет отсутствия сигналов со случайной фазой в обоих частотных каналах.
Технический результат достигается за счет того, что диплексер содержит устройство разделения входной мощности на два канала, выполненное в виде направленного ответвителя 1, два полосовых фильтра низких частот 2 и 3 (фиг.1) и согласованную нагрузку 4. Вход фильтра низких частот 2 (фиг.2) соединен с выходом «б» основного плеча направленного ответвителя 1. Вход фильтра низких частот 3 соединен с выходом «в» связанной линии направленного ответвителя 1. Выход фильтра низких частот 3 соединен с входом согласованной нагрузки 4.
Вход «а» основного канала НО 1 является входом диплексера, а его выход «б» - выходом сигналов низкочастотного (НЧ) поддиапазона частот. Развязанный выход «г» связанной линии НО 1 является выходом сигналов высокочастотного (ВЧ) поддиапазона частот.
Общие признаки направленного фильтра и СВЧ-диплексера: направленный ответвитель, согласованная нагрузка и два фильтра поддиапазона низких частот. Один фильтр включен на выходе основного плеча направленного ответвителя, а второй фильтр включен на направленном выходе бокового плеча направленного ответвителя.
СВЧ-диплексер по изобретению работает следующим образом (фиг.1). Сигнал ВЧ поддиапазона с частотой, более частоты разделения, поступивший на вход «а» основной линии НО 1, частично ответвляется в связанное плечо связанной линии НО 1, в котором включен ФНЧ 3, и отражается от этого фильтра в силу настройки фильтра на частоту разделения частотных каналов. Другая часть этого сигнала отражается от ФНЧ 2 на выходе «б» прямой линии НО 1 и ответвляется в развязанное плечо связанной линии НО 1. В силу фазовых соотношений в НО 1 и симметричного расположения фильтров низкой частоты 2 и 3 относительно области связи НО 1 отраженные от этих фильтров сигналы суммируются в развязанном плече «г» связанной линии НО 1. При этом имеются частичные потери на отражение на входе «а» основной линии НО 1 при связи линий НО на частоте входного сигнала менее 3 дБ.
В НЧ поддиапазоне всегда имеются потери из-за поглощения части мощности в согласованной нагрузке 4 в связанном плече связанной линии, поскольку связь в НО 1 и на низких частотах не равна нулю.
Если связь 3 дБ, то вся высокочастотная (ВЧ) часть мощности, которая отразилась от обоих фильтров, суммируется на выходе «г» развязанного плеча связанной линии НО 1, в силу свойств НО. Если связь меньше 3 дБ, то часть мощности ВЧ отражается на вход «а» НО 1. Существенное отличие предлагаемой схемы диплексера состоит в возможности использования НО со связью менее 3 дБ. В известных устройствах связь 3 дБ на высоких частотах технологически реализовать очень сложно.
Главные преимущества предлагаемого диплексера:
- вся мощность (принципиально малые потери допускаются) соответствующих частот попадает в свой частотный канал;
- случайная компонента мощности на входе каждого канала отсутствует.
Эти преимущества обусловлены свойствами НО. Поясним последнее положение на примере упрощенного расчета. Пусть на вход НО 1 на какой либо частоте поступает относительная мощность Р=1. Представим значение в виде суммы .
θ - фазовый угол синусоидального сигнала.
Пренебрегая потерями в развязанном плече НО, можно считать, что соотношением (1) связаны амплитуды сигналов, прошедших на выход связанного и прямого плеча НО. Это одно из свойств любого направленного ответвителя. Таким образом, комплексная амплитуда волны на выходе прямого канала НО перед ФНЧ 2 равна:
где
π/2 - фаза сигнала в прямом канале НО относительно связанного канала (π - число пи), которая реализуется с большой точностью в рабочей полосе НО;
Δφ1 - фаза сигнала в основном канале НО за счет пути от области связи до ФНЧ 2.
Комплексная амплитуда волны, дошедшая в связанном плече НО до ФНЧ 3, равна:
где Δφ2 - равна Δφ1, в силу условия симметричной установки фильтров относительно области связи.
Рассмотрим сначала высокочастотную волну. Для простоты полагаем, что она полностью отражается от ФНЧ 2 и ФНЧ 3. Отраженные волны от этих фильтров попадают на выход «г» связанного канала НО 1. Этот суммарный сигнал равен:
U1=Uc·sinθ·expi(Δφ1)+Us·cosθ·expi(π/2+Δφ1)=2·sinθ·cosθ·expi(π/2+2Δφ1).
При связи 3 дБ sinθ=cosθ, следоваетльно θ=π/4 и
U1=expi(π/2+2Δφ1), Uотр=0,
т.е. вся мощность попадает в высокочастотный канал (на выход развязанного канала НО).
Сигнал с частотой низкочастотного поддиапазона, поступивший на вход основного канала НО, проходит в низкочастотный канал ФНЧ 2 с амплитудой:
НО 1 представляет собой ответвитель с четвертьволновой связью.
Для изобретения существенно, чтобы ответвитель обладал свойством, записанным в формуле (2), и чтобы в низкочастотной области вне области связи НО свободно пропускал низкочастотные сигналы.
Величина связи каналов может быть менее 3 дБ. Ограничения определяются требованиями к отраженной волне:
При требовании, чтобы был КСВ≤2 получаем Ctg2θ≤2 или θ≥35°, т.е. связь должна быть не менее 4,8 дБ в наихудшей частотной точке разделения частотных каналов.
На фиг.3 представлены амплитудно-частотные характеристики диплексера в предположении идеальных фильтров, насторенных на частоту Fc=12 ГГц и при настройке НО на частоту максимальной связи Fo=15 ГГц для связи 3 и 4 дБ. Рабочая полоса диплексера при этом располагается от 1 до 18 ГГц, при разделении входного сигнала на два поддиапазона: 1,0-12 ГГц и 12-18 ГГц. Благодаря описанным свойствам НО, компонента сигнала со случайной фазой отсутствует.
Пример выполнения СВЧ-диплексера
Изобретение реализовано с помощью НО со связью каналов 4 дБ на частоте 15 ГГц. На такой частоте реализовать связь 3 дБ на микрополосковой линии на поликоровой акриловой подложке толщиной 0, 5 мм трудно технологически. НО реализован на линии с подвешенной подложкой с помощью обычной тонкопленочной технологии. Параметры НО рассчитаны по программе Serenada, геометрические размеры поясняются на фиг.4.
Диэлектрическая постоянная подложки Er=9,8.
Расстояние от подложки до верхнего экрана HU=5 мм.
Толщина подложки Н=0,5 мм.
Расстояние от подложки до нижнего экрана HL=0,1 мм.
Ширина полоски в области связи W=0,18 мм.
Зазор между полосками S=0,03 мм.
Диэлектрическая постоянная для четной волны Еее=4,494.
Диэлектрическая постоянная для нечетной волны Еоо=5,382.
Входное сопротивление НО ZO=65,8 Ом.
Ширина полоски WO=0,43 мм для подвешенной линии с сопротивлением 65,8 Ом.
Коэффициент укорочения длины в области связи N=2,28.
Длина области связи L=2,12 мм на 15 ГГц.
Параметры НО рассчитаны по программе Serenada, моделирование ФНЧ выполнено с помощью программы Micro Wave, геометрические размеры ФНЧ поясняются на фиг.2.
Ширина шлейфа w=0,3 мм.
Длина шлейфа Lшл=1,2 мм.
Расстояние между шлейфами d=1,9 мм.
Реализованный НО не имеет внутренних перемычек в отличие от моста Ланге, реализация которого при таких малых размерах не обеспечивает повторяемости параметров. СВЧ-диплексер осуществлен с помощью тонкопленочной технологии и обеспечивает технический результат - суммарная полоса поддиапазонов пропускания диплексера составляет 1-18 ГГц.
Claims (2)
1. СВЧ-диплексер, содержащий направленный ответвитель, согласованную нагрузку и два фильтра, причем один фильтр включен на выходе основного плеча направленного ответвителя, а второй фильтр включен на направленном выходе бокового плеча направленного ответвителя, отличающийся тем, что согласованная нагрузка включена на выходе второго фильтра.
2. СВЧ-диплексер по п.1, отличающийся тем, что фильтры выполнены поддиапазона низких частот.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116145/09A RU2321108C2 (ru) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Свч-диплексер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116145/09A RU2321108C2 (ru) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Свч-диплексер |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006116145A RU2006116145A (ru) | 2008-01-20 |
RU2321108C2 true RU2321108C2 (ru) | 2008-03-27 |
Family
ID=39107860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006116145/09A RU2321108C2 (ru) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Свч-диплексер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2321108C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488200C1 (ru) * | 2012-02-03 | 2013-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Микрополосковый диплексер |
RU2533691C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Микрополосковый свч диплексор |
-
2006
- 2006-05-10 RU RU2006116145/09A patent/RU2321108C2/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488200C1 (ru) * | 2012-02-03 | 2013-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Микрополосковый диплексер |
EA021016B1 (ru) * | 2012-02-03 | 2015-03-31 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Микрополосковый диплексер |
RU2533691C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Микрополосковый свч диплексор |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006116145A (ru) | 2008-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4371853A (en) | Strip-line resonator and a band pass filter having the same | |
US7915979B2 (en) | Switchable frequency response microwave filter | |
KR20120114729A (ko) | 대역통과 필터 및 전자 장치 | |
JPS6127925B2 (ru) | ||
RU2321108C2 (ru) | Свч-диплексер | |
RU2400874C1 (ru) | Полосковый фильтр | |
RU2626224C1 (ru) | Широкополосный полосковый фильтр | |
RU2488200C1 (ru) | Микрополосковый диплексер | |
RU2675206C1 (ru) | Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр | |
RU97867U1 (ru) | Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр | |
RU2715358C1 (ru) | Высокоселективный полосковый фильтр верхних частот | |
Thanh et al. | Reflectionless Stripline Filters | |
Sullca et al. | Dual-band filters in rectangular waveguide based on resonant apertures | |
US10673111B2 (en) | Filtering unit and filter | |
KR100998603B1 (ko) | 이중 대역 필터 및 그 설계 방법 | |
RU2401490C1 (ru) | Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр | |
RU2710386C2 (ru) | Миниатюрный полосковый полосно-пропускающий фильтр | |
Liu et al. | Compact dual-band bandpass filter using single perturbed rectangular patch resonator with stubs | |
JP2006253877A (ja) | 高周波フィルタ | |
RU182125U1 (ru) | Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр | |
RU2682075C1 (ru) | Свч-диплексер | |
RU2815333C1 (ru) | Микрополосковый делитель мощности с расширенной полосой | |
US9705175B2 (en) | Waveguide power dividers | |
TWI528624B (zh) | Balanced tri - band band - pass filter | |
US9755287B2 (en) | Frequency demultiplexer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 9-2008 FOR TAG: (72) |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170502 |