RU2463690C2 - One-dimensional metamaterial-based double-frequency conductivity/resistance inverter having cut-off band between operating frequencies - Google Patents

One-dimensional metamaterial-based double-frequency conductivity/resistance inverter having cut-off band between operating frequencies Download PDF

Info

Publication number
RU2463690C2
RU2463690C2 RU2010101848/07A RU2010101848A RU2463690C2 RU 2463690 C2 RU2463690 C2 RU 2463690C2 RU 2010101848/07 A RU2010101848/07 A RU 2010101848/07A RU 2010101848 A RU2010101848 A RU 2010101848A RU 2463690 C2 RU2463690 C2 RU 2463690C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
circuit
shaped
connected
inverter
Prior art date
Application number
RU2010101848/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010101848A (en
Inventor
Дмитрий Викторович Холодняк (RU)
Дмитрий Викторович Холодняк
Павел Анатольевич Туральчук (RU)
Павел Анатольевич Туральчук
Евгения Юрьевна Замешаева (RU)
Евгения Юрьевна Замешаева
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд.", ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2010101848/07A priority Critical patent/RU2463690C2/en
Publication of RU2010101848A publication Critical patent/RU2010101848A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2463690C2 publication Critical patent/RU2463690C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: functions of the inverter are realised based on a basic circuit diagram which is a "П"/T-circuit consisting of six reactive elements, and specifically three inductors: L1, L2, L3 and three capacitors: C1, C2, C3, which form three LC oscillatory circuits in pairs, wherein in case of a pi-circuit, the reactive elements are connected as follows: L2 and C2 form a parallel circuit connected in series between input and output ports; the pairs of elements L1 and C1, as well as L3 and C3 form two identical series circuits, which are connected in parallel, one to the input port and the other to the output port; in case of a T-circuit, the reactive elements are connected as follows: pairs of elements L1 and C1, as well as L3 and C3 form two identical parallel circuits connected in series with respect to each other and to the input and output ports; elements L2 and C2 form a series circuit connected by one end to the point of connection of parallel circuits at the centre of the circuit; the second end of the series circuit is earthed.
EFFECT: improved method.
7 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области микроволновой электроники, а именно к фильтрам сигналов СВЧ-диапазона. The invention relates to a microwave field of electronics, namely to filter signals of microwave band.

Традиционно конструкция СВЧ-фильтра состоит из нескольких резонаторов, количество которых определяет его порядок, и элементов связи между ними. Traditionally, the microwave filter design consists of several resonators, the number of which determines the order and couplers therebetween. В качестве таких элементов используются инверторы проводимости/сопротивления. As these elements are used inverters conductivity / resistance. Определение идеального инвертора проводимости/сопротивления известно, например, из книги: Д.Л.Маттей, Л.Янг и Е.М.Т.Джонс. Determination of the ideal inverter conductivity / resistivity is known, for example from the book: D.L.Mattey, L.Yang and E.M.T.Dzhons. "Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи". "Microwave filters, matching networks, and coupling circuit." М.: Связь, 1971. Т.1, с.132 [1]. M .: Communications, 1971, Vol.1, p.132 [1].

В настоящее время известны различные подходы к конструированию двухполосных СВЧ-фильтров, один из которых описан в статье G.Macchiarella и S.Tamiazzo "Design Techniques for Dual-Passband Filters", опубликованной в IEEE Trans. Currently, there are various approaches to the design of two-way microwave filters, one of which is described in the article G.Macchiarella and S.Tamiazzo "Design Techniques for Dual-Passband Filters", published in IEEE Trans. on MTT, т.53, №11, ноябрь 2005 г.[2], где предложен фильтр с двумя полосами пропускания, разделенными полосой запирания. on MTT, t.53, №11, November 2005 [2], wherein there is provided a filter with two passbands separated by a locking strip. Для его реализации авторы использовали двухмодовые резонаторы, выполненные на основе двух резонаторов и инвертора проводимости с коэффициентом инверсии J=l. To implement it, the authors used a dual-mode resonators are formed on the basis of two cavities and inverter conduction ratio inversion J = l. Для организации связей между двухмодовыми резонаторами были использованы классические инверторы проводимости, в состав которых входят реактивные элементы с отрицательными номиналами, реализуемые путем вычитания из номиналов соседних элементов схемы фильтра, что накладывает определенные ограничения и является недостатком представленной реализации устройства. To communicate between dual mode resonators classical conductivity inverters have been used, which include reactive elements with negative denominations implemented by subtracting the nominal values ​​of neighboring elements of the filter circuit, which imposes certain limitations and is a disadvantage of the device shown. Другим существенным недостатком реализации двухполосного фильтра с использованием классических инверторов проводимости/сопротивления является то, что полосы пропускания могут быть расположены только относительно близко одна от другой. Another significant disadvantage bi filter implementation using classical inverters conductivity / resistance is that bandwidth may be disposed only relatively close to one another.

Для создания двухполосного фильтра с произвольным расположением полос пропускания необходимо наличие двухмодовых резонаторов и инверторов проводимости/сопротивления, обеспечивающих на центральной частоте каждой из двух полос пропускания фильтра необходимый коэффициент инверсии и фазовый набег +90°/-90°. To create bi-filter with arbitrary bandwidths requires a dual mode resonators and inverters conductivity / resistivity, providing at the central frequency of each of the two filter bandwidths required inversion ratio and phase shift + 90 ° / -90 °.

В статье С.Monzon "A Small Dual-Frequency Transformer in Two Sections", опубликованной в IEEE Trans. S.Monzon The article "A Small Dual-Frequency Transformer in Two Sections", published in IEEE Trans. on MTT, т.51, №4, апрель 2003 г. [3], предложен двухчастотный трансформатор сопротивлений, выполненный на основе двух четвертьволновых отрезков линий передачи с различными значениями характеристического импеданса. on MTT, t.51, №4, April 2003 [3], there is provided a dual-frequency transformer resistances formed by two quarter-wave segments of transmission lines with different values ​​of characteristic impedance. Согласование обеспечивается на двух произвольно выбранных частотах. Coordination is provided at two randomly selected frequencies. Четвертьволновый трансформатор может рассматриваться как инвертор проводимости/сопротивления [1]. Quarter-wave transformer can be considered as an inverter conductivity / resistance [1]. Недостатком предложенного двухчастотного четвертьволнового трансформатора является его большая длина. A disadvantage of the proposed dual frequency quarterwave transformer is its great length.

В патенте США №7116186 [4] описан двухполосный полосно-пропускающий фильтр на основе резонаторов, выполненных в виде отрезков линии передачи, нагруженных емкостным элементом. U.S. Patent №7116186 [4] discloses a dual band bandpass filter based on resonators are designed as segments of a transmission line loaded with the capacitive element. В качестве элементов связи между резонаторами применяется емкостной элемент, однако это приводит к малому уровню запирания между двумя полосами пропускания. As the coupling elements between the resonators capacitive element is used, however, this leads to a small level lock between the two passbands. Включение дополнительного полуволиового отрезка линии передачи реализует нуль передачи между полосами пропускания, что позволяет улучшить уровень запирания между ними, однако такой отрезок линии передачи обладает большой длиной. Inclusion of an additional line segment poluvoliovogo implements zero transmission between the transmission bandwidth, thereby improving the level of locking between them, but a segment of the transmission line has a large length.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является двухчастотный инвертор, описанный в статье H.-Y.Anita Yim и K.-K.Michael Cheng "Novel Dual-Band Planar Resonator and Admittance Inverter For Filter Design and Applications", опубликованной в IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest в 2005 г. [5]. The closest to the claimed invention is a two-frequency inverter described in the article H.-Y.Anita Yim and K.-K.Michael Cheng "Novel Dual-Band Planar Resonator and Admittance Inverter For Filter Design and Applications", published in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest in 2005 [5]. Этот двухчастотный инвертор выполнен на основе четвертьволновых отрезков линий передачи с разным значением характеристического импеданса. This dual-frequency inverter is based on quarter-wave segments of transmission lines with different values ​​of characteristic impedance. Такой инвертор обладает одинаковым значением коэффициента инверсии J и величиной фазового набега 90° на обеих выбранных частотах. This inverter has the same value of the coefficient inversion J and the value of the phase shift of 90 ° on both the selected frequencies. Недостатком данного устройства также являются его большие габариты. The disadvantage of this device is its large size. Кроме того, при некотором соотношении выбранных рабочих частот и необходимого коэффициента инверсии могут получаться значения характеристического импеданса отрезков линий передачи, которые не могут быть реализованы на практике вследствие слишком большой или слишком малой необходимой ширины отрезков линий передачи. Furthermore, when a ratio of the selected operating frequency and the desired ratio of inversion can be obtained value of the characteristic impedance of the transmission line segments that can not be implemented in practice due to too large or too small, the required width of segments of transmission lines.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в разработке усовершенствованной конструкции двухчастотного инвертора, способного работать на двух произвольно выбранных частотах (обеспечивать на каждой частоте требуемое значение коэффициента инверсии и фазовый набег +90°/-90°) и иметь полосу запирания между рабочими частотами. The problem to be solved by the claimed invention is to provide an improved construction of two-frequency inverter is capable of operating at two randomly selected frequencies (for each frequency to provide the desired value of inversion and phase shift coefficient of + 90 ° / -90 °) and have a locking strip between working frequencies. При этом инвертор должен быть миниатюрным и легко воспроизводимым. In this case, the inverter must be miniaturized and easily reproducible.

1. Технический результат достигается за счет создания двухчастотного инвертора проводимости/сопротивления на основе одномерных метаматериалов, которые представляют собой отрезки искусственных длинных линий с отрицательной дисперсией. 1. Technical result is achieved by creating a two-frequency inverter conductivity / resistance based on dimensional metamaterials, which are segments of artificial transmission lines with negative dispersion. Иными словами, заявлен двухчастотный инвертор проводимости/сопротивления на основе одномерных метаматериалов, отличающийся тем, что функции инвертора реализованы на основе одномерной электрической принципиальной схемы, представляющей симметричную П-образную/Т-образную цепь, состоящую из шести реактивных элементов, а именно - трех индуктивностей: L1, L2, L3 и трех емкостей: C1, C2, С3, попарно образующих три колебательных LC-контура, причем в случае П-образной схемы реактивные элементы соединены следующим образом: L2 и С2 образуют параллельный ко In other words, the claimed dual frequency inverter conductivity / resistance based on dimensional metamaterials, characterized in that the inverter functions are based on one-dimensional electrical circuit diagram representing a symmetrical U-shaped / T-shaped circuit consisting of six reactive elements - namely, three inductances : L1, L2, L3 and three containers: C1, C2, C3, forming three pairs LC-oscillating circuit, and in the case of U-shaped circuits reactive elements are connected as follows: L2 and C2 form a parallel to тур, включенный последовательно между входным и выходным портами; round, connected in series between the input and output ports; пары элементов L1 и С1, а также L3 и С3 образуют два одинаковых последовательных контура, подключенных параллельно один к входному, а другой к выходному портам; a pair of elements L1 and C1, and L3 and C3 form two identical serial circuit connected in parallel to one input and the other to the output ports; в случае Т-образной схемы реактивные элементы соединены следующим образом: пары элементов L1 и С1, а также L3 и С3, образуют два одинаковых параллельных контура, включенных последовательно по отношению один к другому и к входному и выходному портам; in the case of the T-shaped circuit responsive elements are connected as follows: the pair of elements L1 and C1 and C3 and L3, form two identical parallel circuits connected in series with respect to one another and to the input and output ports; элементы L2 и С2 образуют последовательный контур, подключенный одним концом в точку соединения параллельных контуров в центре схемы; elements L2 and C2 form a serial circuit connected at one end to the connection point in the center of the parallel circuit paths; второй конец последовательного контура заземлен. the second end of the series circuit is grounded.

Определение метаматериалов известно, например, из книги: "Metamaterials Handbook, Vol.1: Theory and Phenomena of Metamaterials"./Под редакцией F.Capolino, Taylor and Francis - CRC Press: 2009 [6]. Determination metamaterials known for example from the book: "Metamaterials Handbook, Vol.1: Theory and Phenomena of Metamaterials" ./ Edited F.Capolino, Taylor and Francis - CRC Press: 2009 [6]. Классифицирование искусственных длинных линий с отрицательной дисперсией как одномерных разновидностей метаматериалов известно из книги: С.Caloz и Т.Itoh "Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications", Wiley & Sons, 2006 г. [7]. Classification of artificial long lines with negative dispersion as a one-dimensional metamaterials species is known from the book: S.Caloz and T.Itoh "Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications", Wiley & Sons, 2006 [7].

Заявляемый инвертор выполнен на основе комбинации отрезка искусственной длинной линии с отрицательной дисперсией и отрезка искусственной длинной линии с положительной дисперсией, реализуемых на элементах с сосредоточенными параметрами. The inventive inverter is based on a combination of synthetic long line segment with negative dispersion and a long segment artificial lines with positive dispersion implemented lumped elements. На частоте f 0 , являющейся средним геометрическим между значениями рабочих частот f 1 и f 2 , которые могут быть выбраны произвольно, эквивалентные электрические длины отрезков искусственных длинных линий с разным законом дисперсии равны по абсолютной величине и различаются знаком («+» для линии с положительной дисперсией и «-» для линии с отрицательной дисперсией), в результате чего суммарный фазовый набег на частоте f 0 равен нулю. At a frequency of f 0, which is the geometric mean between the values of operating frequencies f 1 and f 2, which may be selected arbitrarily, the equivalent electrical length with different dispersion segments artificial transmission lines are equal in absolute value and differ in sign ( "+" for a line with positive dispersion and "-" for a line with a negative dispersion), resulting in an overall phase shift at a frequency f 0 is equal to zero. Абсолютное значение электрической длины отрезков линий выбирается таким, чтобы суммарный фазовый набег на частотах f 1 и f 2 составлял +90°/-90°. The absolute value of the electrical length of line segments is selected so that the total phase shift at the frequencies f 1 and f 2 was + 90 ° / -90 °. Характеристический импеданс обоих отрезков равен заданному значению коэффициента инверсии. The characteristic impedance of both segments is equal to a predetermined value inversion ratio.

Электрическая принципиальная схема двухчастотного инвертора представляет собой симметричную П-образную/Т-образную цепь, состоящую из шести реактивных элементов, а именно - трех индуктивностей: L1, L2, L3 и трех емкостей: C1, C2, С3, которые попарно образуют три колебательных LC-контура. Schematic circuit diagram of the two-frequency inverter is a symmetrical U-shaped / T-shaped circuit consisting of six reactive elements - namely, three inductances: L1, L2, L3 and three containers: C1, C2, C3, which in pairs form three vibrational LC a contour. В случае П-образной схемы реактивные элементы соединены следующим образом: L2 и С2 образуют параллельный контур, включенный последовательно между входным и выходным портами (разъемами); In the case of U-shaped circuits reactive elements are connected as follows: L2 and C2 form a parallel circuit connected in series between the input and output ports (terminals); пары элементов L1 и C1, a также L3 и С3 образуют два одинаковых последовательных контура, которые подключены параллельно один ко входному, а другой к выходному портам. a pair of elements L1 and C1, a well L3 and C3 form two identical serial circuit are connected in parallel to one input and the other to the output ports. В случае Т-образной схемы реактивные элементы соединены следующим образом: пары элементов L1 и С1, а также L3 и С3 образуют два одинаковых параллельных контура, которые включены последовательно по отношению друг к другу и к входному и выходному портам; In the case of the T-shaped circuit responsive elements are connected as follows: the pair of elements L1 and C1, and L3 and C3 form two identical parallel circuits which are connected in series to each other and to input and output ports; элементы L2 и С2 образуют последовательный контур, который одним концом подключен в точку соединения параллельных контуров в центре схемы; elements L2 and C2 form a serial circuit which is connected at one end to the connection point in the center of the parallel circuit paths; второй конец последовательного контура заземлен. the second end of the series circuit is grounded. Электрическая принципиальная схема устройства не содержит элементов с отрицательными номиналами. The electrical schematic diagram of the device does not contain elements with negative denominations.

Фиг.1 - Эквивалентная П-образная схема отрезка искусственной длинной линии с положительной дисперсией. Figure 1 - Equivalent U-shaped segment of an artificial scheme of a long line with a positive variance.

Фиг.2 - Эквивалентная Т-образная схема отрезка искусственной длинной линии с положительной дисперсией. Figure 2 - The equivalent T-circuit segment long artificial lines with positive dispersion.

Фиг.3 - Эквивалентная П-образная схема отрезка искусственной длинной линии с отрицательной дисперсией. 3 - Equivalent circuit U-shaped segment of long artificial lines with negative dispersion.

Фиг.4 - Эквивалентная Т-образная схема отрезка искусственной длинной линии с отрицательной дисперсией. 4 - The equivalent T-circuit segment long artificial lines with negative dispersion.

Фиг.5 - Эквивалентная П-образная схема отрезка композитной искусственной длинной линии. 5 - The equivalent U-shaped section of the composite scheme of artificial long line.

Фиг.6 - Эквивалентная Т-образная схема отрезка композитной искусственной длинной линии. 6 - The equivalent T-circuit interval of the composite artificial long line.

Фиг.7 - Амплитудно-частотные характеристики отрезка композитной искусственной длинной линии (на графике показано, что между рабочими частотами f 1 и f 2 имеет место полоса пропускания). 7 - The amplitude-frequency characteristics of the segment of composite synthetic long line (in the graph shows that between the operating frequencies f 1 and f 2 have the bandwidth).

Фиг.8 - Фазочастотные характеристики отрезка композитной искусственной длинной линии (на графике показано, что на рабочих частотах f 1 и f 2 фазовый набег составляет -90°/+90°). 8 - phase response interval composite artificial longest line (in the graph shows that at the frequencies f 1 and f 2 phase shift of -90 ° / + 90 °).

Фиг.9 - Электрическая принципиальная П-образная схема двухчастотного инвертора (представлена используемая комбинация отрезков искусственных длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией). Figure 9 - Schematic principle U-shaped two-frequency inverter circuit (represented used combination with positive and negative dispersion segments artificial transmission lines).

Фиг.10 - Электрическая принципиальная Т-образная схема двухчастотного инвертора (представлена используемая комбинация отрезков искусственных длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией). Figure 10 - a schematic electrical diagram of a T-shaped dual-frequency inverter (represented used with a combination of positive and negative dispersion segments artificial transmission lines).

Фиг.11 - Амплитудно-частотные характеристики двухчастотного инвертора (на графике показано, что между рабочими частотами f 1 и f 2 присутствует полоса запирания). 11 - The amplitude-frequency characteristics of the dual-frequency inverter (on the graph shows that between the operating frequencies f 1 and f 2 is present locking strip).

Фиг.12 - Фазочастотные характеристики двухчастотного инвертора (на графике показано, что на рабочих частотах f 1 и f 2 фазовый набег составляет -90°/+90°). 12 - phase-frequency characteristics of the dual-frequency inverter (on the graph shows that at the frequencies f 1 and f 2 phase shift of -90 ° / + 90 °).

Как видно из приведенных схем, заявляемое устройство представляет собой комбинацию двух отрезков искусственных длинных линий, характеризующихся различным законом дисперсии. As seen from these diagrams, the claimed device is a combination of two pieces of artificial transmission lines characterized by different dispersion.

Отрезок искусственной длинной линии с положительной дисперсией имеет характеристический импеданс, равный заданному значению коэффициента инверсии, и обеспечивает необходимый отрицательный фазовый набег. Cut long artificial lines with positive dispersion has a characteristic impedance equal to a given value inversion coefficient, and provides the desired negative phase shift. В то же время отрезок искусственной длинной линии с отрицательной дисперсией обладает таким же характеристическим импедансом, но обеспечивает необходимый положительный фазовый набег. At the same time the segment of artificial long line with a negative dispersion has the same characteristic impedance, but provides the necessary positive phase shift. Длинная линия с отрицательной дисперсией является одномерной разновидностью метаматериалов. A long line of negative dispersion is a kind of one-dimensional metamaterials. Частота f 0 представляет собой среднее геометрическое между значениями рабочих частот f 1 и f 2 , которые могут быть выбраны произвольным образом. Frequency f 0 is the geometric mean between the values of operating frequencies f 1 and f 2, which may be chosen arbitrarily.

Отрезки искусственных длинных линий с различным законом дисперсии могут быть реализованы в виде П-образной/Т-образной схемы на реактивных элементах с сосредоточенными параметрами. Stretches of artificial transmission lines with different dispersion may be implemented in the form of a U-shaped / T-shaped circuit in the lumped reactive elements. Для искусственной длинной линии с положительной дисперсией П-образная схема состоит из последовательной индуктивности и двух заземленных емкостей (Фиг.1), а Т-образная схема включает две последовательные индуктивности и одну заземленную емкость (Фиг.2). For long artificial lines with positive dispersion, U-shaped circuit consists of a serial inductor and two grounded tanks (1) and the T-shaped circuit includes two successive inductors and a grounded tank (2).

Для искусственной длинной линии с отрицательной дисперсией П-образная схема содержит последовательную емкость и две заземленные индуктивности (Фиг.3), а в состав Т-образной схемы входят две последовательные емкости и одна заземленная индуктивность (Фиг.4). For long artificial lines with negative dispersion U-shaped circuit comprises a series capacitance and two grounded inductance (3) and in the T-shaped circuit includes two successive containers and one grounded inductance (4).

Композитная искусственная длинная линия, которая также является одномерным метаматериалом [6, 7], может быть составлена из соответствующих элементов П-образных схем отрезков длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией (Фиг.5) или из соответствующих элементов Т-образных схем (Фиг.6). Composite PU long line, which is also one-dimensional metamaterial [6, 7], can be composed of respective elements of U-shaped circuits long line segments with positive and negative dispersion (5) or from the corresponding elements of T-shaped circuits (Fig. 6). Амплитудно-частотная характеристика такого отрезка композитной длинной линии (Фиг.7) и его фазочастотная характеристика (Фиг.8) соответствуют характеристикам инвертора проводимости/сопротивления с рабочими частотами f 1 и f 2 , на которых имеет место полное прохождение сигнала, а фазовый набег составляет +90°/-90°. The frequency response of such a composite long line segment (7) and its phase response (Figure 8) correspond to the characteristics of the inverter conductivity / resistance with operating frequencies f 1 and f 2, over which there is a complete transmission signal, and the phase shift is + 90 ° / -90 °. Однако между рабочими частотами имеет место полоса пропускания, что является существенным недостатком, т.к. However, between the operating frequencies of the bandwidth occurs, which is a significant drawback, because затрудняет реализацию двухполосных фильтров с высоким уровнем запирания между двумя полосами пропускания. difficult to implement dual-band filters with high locking between the two passbands.

В заявляемом устройстве используется композитная искусственная длинная линия, в составе которой элементы П-образных/Т-образных схем отрезков искусственных длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией соединяются, как показано на Фиг.9 и 10 соответственно. In the disclosed device uses a composite PU longest line, within which U-shaped elements / T-circuits with positive and negative dispersion segments artificial transmission lines are connected, as shown in Figures 9 and 10, respectively. Благодаря свойствам используемых колебательных контуров резонанс, который в каждом из трех контуров возникает на частоте f 0 , находящейся между рабочими частотами инвертора f 1 и f 2 , приводит к появлению трех нулей передаточной характеристики на этой частоте, что формирует полосу запирания между рабочими частотами. Due to the properties used resonance oscillating circuits which in each of the three circuits occur at a frequency f 0, located between the operating frequencies of the inverter f 1 and f 2, gives rise to three zeros of the transfer characteristic at this frequency band that forms the locking between the operating frequencies. Поскольку на частоте f 0 электрические длины отрезков длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией равны по абсолютной величине и различаются знаком («+» для первой и «-» для второй), фазовый набег на этой частоте равен нулю. As the frequency f 0 of long electrical lengths of line segments with positive and negative dispersion equal in absolute value and differ in sign ( "+" for the first and "-" for the second) phase shift at this frequency is zero. При соответствующем выборе номиналов элементов схемы на частоте f 1 <f 0 фазовый набег составляет -90°, а на частоте f 2 >f 0 фазовый набег равен +90°. By appropriately selecting the denominations of the circuit element at a frequency f 1 <f 0 phase shift is -90 °, and at a frequency f 2> f 0 phase shift equals + 90 °.

Заявляемое решение, касающееся соединения отрезков искусственных длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией, представленного на Фиг.9 и 10, обеспечивает характеристики, представленные на Фиг.11 и 12, которые подтверждают выполнение условия двухчастотности и равенства величины фазового набега +90°/-90° на выбранных частотах, т.е. The inventive solution relates to compounds of segments artificial transmission lines with the positive and negative dispersion, shown in Figures 9 and 10 provides the characteristics shown in Figures 11 and 12 which support the fulfillment of the condition of two-frequency and equal magnitude phase shift + 90 ° / -90 ° at selected frequencies, i.e., искомые свойства двухчастотного инвертора проводимости/сопротивления с полосой запирания между рабочими частотами. the desired properties of the two-frequency inverter conductivity / resistance band with locking between the operating frequencies.

Принцип реализации инвертора на основе отрезков длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией позволяет получить все элементы схемы с положительными номиналами, благодаря чему при использовании такого инвертора в составе фильтра номиналы элементов, образующих резонаторы, не требуют дополнительной коррекции. The principle of the implementation of the inverter on the basis of positive and negative dispersion of long line segments allows you to get all the elements of the circuit with positive nominal values, so that the use of such an inverter as part of the filter component values, forming cavities, do not require additional correction. Устройство может быть выполнено с помощью различных технологических приемов, в частности, с использованием многослойной керамической технологии LTCC, по технологии печатных плат с применением компонентов поверхностного монтажа, по монолитно-интегральной технологии. The apparatus may be performed by various technological methods, in particular using a multilayer ceramic LTCC technology for printed circuit board technology using surface mount components on the integrated monolithic technology. Все упомянутые технологии позволяют реализовать двухчастотный инвертор проводимости/сопротивления в виде миниатюрного устройства. All these technologies allow to realize a dual-frequency inverter conductivity / resistivity in a small device.

Двухчастотные инверторы проводимости/сопротивления находят применение в двухполосных СВЧ-фильтрах, в том числе перестраиваемых (если в инверторе реализована возможность перестройки наряду с перестройкой резонаторов). Dual-frequency conductivity / resistance inverters are used in two-way microwave filters including tunable (if implemented in the inverter, along with the possibility of tuning the resonators rearrangement).

Claims (7)

1. Двухчастотный инвертор проводимости/сопротивления на основе одномерного метаматериала, отличающийся тем, что функции инвертора реализованы на основе электрической принципиальной схемы, представляющей симметричную П-образную/Т-образную цепь, состоящую из шести реактивных элементов, а именно - трех индуктивностей: L1, L2, L3 и трех емкостей: C1, C2, С3, попарно образующих три колебательных LC-контура, причем в случае П-образной схемы реактивные элементы соединены следующим образом: L2 и С2 образуют параллельный контур, включенный последовательно Dual-frequency inverter 1. conductivity / resistance based on dimensional metamaterial, characterized in that the inverter functions are based on the electrical circuit diagram representing a symmetrical U-shaped / T-shaped circuit consisting of six reactive elements - namely, three inductances: L1, L2, L3 and three containers: C1, C2, C3, forming three pairs LC-oscillating circuit, and in the case of U-shaped circuits reactive elements are connected as follows: L2 and C2 form a parallel circuit in series между входным и выходным портами; between the inlet and outlet ports; пары элементов L1 и С1, а также L3 и С3, образуют два последовательных контура, подключенных параллельно один ко входному, а другой к выходному портам; a pair of elements L1 and C1 and C3 and L3, form two sequential circuit connected in parallel to one input and the other to the output ports; в случае Т-образной схемы реактивные элементы соединены следующим образом: пары элементов L1 и С1, а также L3 и СЗ образуют два одинаковых параллельных контура, включенных последовательно по отношению один к другому и ко входному и выходному портам; in the case of the T-shaped circuit responsive elements are connected as follows: the pair of elements L1 and C1, and L3 and NW form two identical parallel circuits connected in series with respect to one another and to the input and output ports; элементы L2 и С2 образуют последовательный контур, подключенный одним концом в точку соединения параллельных контуров в центре схемы; elements L2 and C2 form a serial circuit connected at one end to the connection point in the center of the parallel circuit paths; второй конец последовательного контура заземлен; the second end of the series circuit is grounded; а одномерный метаматериал представляет собой композитную искусственную длинную линию, состоящую из соединенных элементов П-образных/Т-образных цепей, реализующих отрезки искусственных -длинных линий с положительной и отрицательной дисперсией, выполненные на элементах с сосредоточенными параметрами. and dimensional metamaterial is a composite artificial long line consisting of connected U-shaped elements / T-shaped circuits implementing artificial -length segments of lines with positive and negative dispersion formed on lumped elements.
2. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что указанные элементы последовательных ветвей П-образных/Т-образных цепей, реализующих отрезки искусственных длинных линий с разным законом дисперсии образуют параллельные колебательные контуры, а элементы параллельных ветвей названных схем образуют последовательные контуры. 2. The inverter according to claim 1, characterized in that said elements of successive U-shaped branches / T-shaped circuits implementing segments artificial transmission lines with different dispersion form parallel oscillatory circuits, and elements of the parallel branches of said circuits form successive contours.
3. Инвертор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для П-образной схемы элементы L1, C2, L3 представляют элементы отрезка искусственно длинной линии с отрицательной дисперсией, являющейся одномерным метаматериалом, а элементы C1, L2, С3 являются элементами отрезка искусственной длинной линии с положительной дисперсией; 3. The inverter according to claim 1 or 2, characterized in that, for a U-shaped circuit elements L1, C2, L3 represent elements of a long line segment artificially with negative dispersion, which is a one-dimensional metamaterial, and the elements C1, L2, C3 are elements interval artificial a long line of positive dispersion; для Т-образной схемы элементы C1, L2, С3 представляют элементы отрезка искусственной длинной линии с отрицательной дисперсией, являющейся одномерным метаматериалом, а элементы L1, C2, L3 являются элементами отрезка искусственной длинной линии с положительной дисперсией; T-shaped circuit elements C1, L2, C3 are artificial elements of a long line segment with negative dispersion, which is a one-dimensional metamaterial, and the elements L1, C2, L3 are elements of a long line segment artificial positive dispersion; при этом отрезки искусственных длинных линий с разным законом дисперсии имеют на центральной частоте (f 0 ) одинаковые по абсолютной величине и различающиеся знаком значения эквивалентной электрической длины и одинаковый характеристический импенданс, равный заданному коэффициенту инверсии. wherein segments of artificial transmission lines with different dispersion are at the center frequency (f 0), equal in absolute value and differ in sign values of the equivalent electrical length and the same characteristic impedance equal to the predetermined ratio inversion.
4. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что его электрическая принципиальная схема выполнена с возможностью функционирования с заданным коэффициентом инверсии и фазовым набегом -90°/+90° на двух рабочих частотах (f 1 и f 2 ), выбранных произвольно относительно центральной частоты (f 0 ), являющейся средним геометрическим между рабочими частотами (f 1 и f 2 ). 4. The inverter of claim 1, characterized in that it is an electric circuit diagram is capable of functioning with a predetermined inversion rate and the phase shift -90 ° / + 90 ° at the two operating frequencies (f 1 and f 2) is selected arbitrarily relative to the central the frequency (f 0), which is the geometric mean between the operating frequencies (f 1 and f 2).
5. Инвертор по п.4, отличающийся тем, что на частоте f 0 фазовый набег равен нулю; 5. The inverter of claim 4, characterized in that at the frequency f 0 is zero phase shift; на частоте f 1 выше f 0 фазовый набег составляет -90°; at the frequency f 1 f 0 above phase shift is -90 °; на частоте f 2 ниже f 0 фазовый набег составляет +90°. at frequency f 2 lower than f 0 phase shift of + 90 °.
6. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что каждый из L-С контуров в составе его электрической принципиальной схемы имеет резонанс на центральной частоте (f 0 ), приводящий к образованию нуля передаточной характеристики на данной частоте и формированию на амплитудно-частотной характеристике инвертора полосы запирания, находящейся между двумя рабочими частотами (f 1 и f 2 ). 6. The inverter of claim 1, characterized in that each of the L-C circuit, comprising an electrical schematic circuit has a resonance at the center frequency (f 0) resulting in the formation of the transfer characteristic of zero at this frequency and in the formation of the amplitude-frequency characteristic inverter locking strip located between the two operating frequencies (f 1 and f 2).
7. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что его электрическая принципиальная схема не содержит отрицательных реактивных элементов. 7. Inverter according to claim 1, characterized in that it is an electric circuit diagram does not contain negative reactive elements.
RU2010101848/07A 2010-01-21 2010-01-21 One-dimensional metamaterial-based double-frequency conductivity/resistance inverter having cut-off band between operating frequencies RU2463690C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010101848/07A RU2463690C2 (en) 2010-01-21 2010-01-21 One-dimensional metamaterial-based double-frequency conductivity/resistance inverter having cut-off band between operating frequencies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010101848/07A RU2463690C2 (en) 2010-01-21 2010-01-21 One-dimensional metamaterial-based double-frequency conductivity/resistance inverter having cut-off band between operating frequencies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010101848A RU2010101848A (en) 2011-07-27
RU2463690C2 true RU2463690C2 (en) 2012-10-10

Family

ID=44753195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010101848/07A RU2463690C2 (en) 2010-01-21 2010-01-21 One-dimensional metamaterial-based double-frequency conductivity/resistance inverter having cut-off band between operating frequencies

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2463690C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1160486A1 (en) * 1984-01-02 1985-06-07 Предприятие П/Я В-8828 Band-pass filter
RU2057382C1 (en) * 1992-04-08 1996-03-27 Акционерное общество открытого типа Научно-производственное предприятие "Радий" Superhigh-frequency valve
US5648747A (en) * 1995-03-15 1997-07-15 Grothe; Wolfgang Planar filter having an overcoupling stripline an integral multiple of a half wavelength in length
RU2138887C1 (en) * 1997-11-11 1999-09-27 Осипенков Вячеслав Михайлович Stripline nonreflecting band-elimination filter ( variants )
US7116186B2 (en) * 2004-09-01 2006-10-03 Industrial Technology Research Institute Dual-band bandpass filter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1160486A1 (en) * 1984-01-02 1985-06-07 Предприятие П/Я В-8828 Band-pass filter
RU2057382C1 (en) * 1992-04-08 1996-03-27 Акционерное общество открытого типа Научно-производственное предприятие "Радий" Superhigh-frequency valve
US5648747A (en) * 1995-03-15 1997-07-15 Grothe; Wolfgang Planar filter having an overcoupling stripline an integral multiple of a half wavelength in length
RU2138887C1 (en) * 1997-11-11 1999-09-27 Осипенков Вячеслав Михайлович Stripline nonreflecting band-elimination filter ( variants )
US7116186B2 (en) * 2004-09-01 2006-10-03 Industrial Technology Research Institute Dual-band bandpass filter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЛЯКОВ В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990, с.107-109, рис. 47. ОДИТ М.А. Электродинамическое моделирование изотопного метаматериала на основе резонансных диэлектрических частиц сферической формы, Автореферат. - Санкт-Петербург, 2009, с.3, (найдено 27.10.2010), найдено в Интернет http://www.eltech.ru/education/aspir/MAOdit.pdf. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010101848A (en) 2011-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. New compact bandpass filter using microstrip/spl lambda//4 resonators with open stub inverter
Hsieh et al. Tunable microstrip bandpass filters with two transmission zeros
Eleftheriades A generalized negative-refractive-index transmission-line (NRI–TL) metamaterial for dual-band and quad-band applications
Chen et al. A simple and effective method for microstrip dual-band filters design
Srisathit et al. High isolation and compact size microstrip hairpin diplexer
Zhang et al. Novel centrally loaded resonators and their applications to bandpass filters
US8797120B2 (en) Low-loss tunable radio frequency filter
Jachowski Compact, frequency-agile, absorptive bandstop filters
US4578656A (en) Microwave microstrip filter with U-shaped linear resonators having centrally located capacitors coupled to ground
Wei et al. Compact UWB bandpass filter with dual notched bands based on SCRLH resonator
US7012484B2 (en) Filter using multilayer ceramic technology and structure thereof
US7277403B2 (en) Duplexer with a differential receiver port implemented using acoustic resonator elements
Chen et al. Substrate integrated waveguide (SIW) linear phase filter
US7924114B2 (en) Electrical filters with improved intermodulation distortion
Lei et al. An analysis of miniaturized dual-mode bandpass filter structure using shunt-capacitance perturbation
US3348173A (en) Interdigital filters with capacitively loaded resonators
US6759926B2 (en) LC filter circuit, monolithic LC composite component, multiplexer, and radio communication device
JP2000151207A (en) Low pass filter
KR0139477B1 (en) Dielectric filter
US7719382B2 (en) Low-loss tunable radio frequency filter
Mao et al. Novel dual-mode bandpass filters using hexagonal loop resonators
Kim et al. Ring resonator bandpass filter with switchable bandwidth using stepped-impedance stubs
Zhang et al. Design of microstrip dual-mode filters based on source-load coupling
Wong et al. Electronically reconfigurable microwave bandpass filter
Gómez-García et al. Reconfigurable multi-band microwave filters

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160122