RU2793079C1 - Полосковый полосно-пропускающий фильтр гармоник - Google Patents
Полосковый полосно-пропускающий фильтр гармоник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793079C1 RU2793079C1 RU2022130864A RU2022130864A RU2793079C1 RU 2793079 C1 RU2793079 C1 RU 2793079C1 RU 2022130864 A RU2022130864 A RU 2022130864A RU 2022130864 A RU2022130864 A RU 2022130864A RU 2793079 C1 RU2793079 C1 RU 2793079C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strip
- screen
- substrates
- filter
- conductors
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к фильтрам. Полосковый полосно-пропускающий фильтр гармоник содержит диэлектрические подложки, подвешенные внутри экрана, на одну поверхность которых нанесены полосковые металлические проводники резонаторов, электромагнитно связанные между собой и имеющие форму, например, прямоугольника. Каждый резонатор в фильтре образован парой полосковых проводников, расположенных друг напротив друга на поверхности первой и второй подложек. Один конец каждого полоскового проводника замкнут на экран непосредственно, а второй конец соединен с экраном через сосредоточенную емкость. Между подложками расположена тонкая замкнутая по всему периметру на корпус металлическая пленка, толщина которой меньше глубины скин-слоя в металле пленки на рабочей частоте резонатора. При этом количество подложек равно двум при любом числе полосковых проводников, которые расположены только на одной поверхности каждой диэлектрической подложки, причем один конец каждого полоскового проводника замкнут на экран непосредственно, а второй конец соединен с экраном через сосредоточенную емкость. Технический результат - уменьшение размеров фильтра гармоник и упрощение его конструкции. 2 ил.
Description
Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и предназначено для создания частотно-селективных устройств, например, полосовых фильтров.
Известна конструкция полоскового резонатора и фильтра на его основе [Патент на полезную модель РФ №99248, МПK7 H01P7, опубл. 10.11.2010, Бюл. №31]. Резонатор содержит две диэлектрические подложки, подвешенные внутри экрана. На обе поверхности подложек нанесены полосковые металлические проводники прямоугольной формы, электромагнитно связанные между собой. Полосно-пропускающий фильтр на основе такого резонатора имеет меньшие размеры по сравнению с традиционными конструкциями микрополосковых и полосковых фильтров. Недостатком фильтра является близкое расположение резонанса второй, паразитной моды колебаний к полосе пропускания фильтра, что не позволяет конструировать на его основе фильтры с широкой полосой заграждения.
Также известна конструкция фильтра гармоник [Патент РФ №2590313,
МПK H01P, опубл. 10.07.2016, Бюл. №19]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены полосковые проводники, замкнутые с одного конца, и на вторую сторону также нанесены полосковые проводники, замкнутые с одного конца. Проводники, образующие каждый из резонаторов фильтра, расположены на разных поверхностях подложки и замкнуты противоположными концами. Ширина полосковых проводников, образующих резонаторы, хотя бы у одного из них отличается не менее чем в 1.1 раза от ширины полосковых проводников других резонаторов. Фильтр такой конструкции хотя и имеет значительно более широкую полосу заграждения, по сравнению с первым аналогом, но зачастую в СВЧ-технике требуются устройства с более протяженными и глубокими полосами заграждения.
МПK H01P, опубл. 10.07.2016, Бюл. №19]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены полосковые проводники, замкнутые с одного конца, и на вторую сторону также нанесены полосковые проводники, замкнутые с одного конца. Проводники, образующие каждый из резонаторов фильтра, расположены на разных поверхностях подложки и замкнуты противоположными концами. Ширина полосковых проводников, образующих резонаторы, хотя бы у одного из них отличается не менее чем в 1.1 раза от ширины полосковых проводников других резонаторов. Фильтр такой конструкции хотя и имеет значительно более широкую полосу заграждения, по сравнению с первым аналогом, но зачастую в СВЧ-технике требуются устройства с более протяженными и глубокими полосами заграждения.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является полосковый полосно-пропускающий фильтр на основе полосковых резонаторов [Патент РФ №2640968, МПК7 Н01Р/203, опубл. 12.01.2018, Бюл. №2 (прототип)]. Фильтр содержит диэлектрические подложки, подвешенные внутри экрана, на обе поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники, электромагнитно связанные между собой. Между подложками расположена тонкая металлическая пленка, замкнутая на экран со всех сторон по периметру. Толщина пленки меньше глубины скин-слоя в металле на рабочей частоте резонатора. Фильтры на подобных резонаторах имеют намного более широкую и глубокую полосу заграждения (неограниченную с практической точки зрения), по сравнению с аналогами. Недостатками указанной конструкции являются большие размеры и сложность изготовления многорезонаторных конструкций таких фильтров, так как требуется применение большого количества диэлектрических подложек.
Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров полоскового полосно-пропускающего фильтра гармоник и упрощение его конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в полосковом полосно-пропускающем фильтре гармоник, содержащем диэлектрические подложки, подвешенные внутри экрана, на поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники, электромагнитно связанные между собой, и расположенную между подложками сплошную металлическую пленку, толщина которой на рабочей частоте резонатора меньше толщины скин-слоя в металле пленки, отличающийся тем, что количество подложек равно двум при любом числе полосковых проводников, которые расположены только на одной поверхности каждой диэлектрической подложки, причем один конец каждого полоскового проводника замкнут на экран непосредственно, а второй конец соединен с экраном через сосредоточенную емкость.
Отличия заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключаются в том, что полосковые проводники расположены только на одной поверхности диэлектрических подложек, а количество подложек для любого числа резонаторов равно всего двум. При этом концы полосковых проводников соединены с экраном с одной стороны непосредственно, а с другой стороны через сосредоточенные емкости. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 – конструкция заявляемого полоскового полосно-пропускающего фильтра гармоник третьего порядка; Фиг. 2 – амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) полоскового полосно-пропускающего фильтра заявляемой конструкции.
Заявляемое устройство (Фиг. 1а), содержит экран 1, являющийся корпусом устройства, внутри которого подвешены (Фиг. 1б) две диэлектрические подложки 2, на одну поверхность которых нанесены полосковые металлические проводники 3 резонаторов, электромагнитно связанные между собой и имеющие форму, например, прямоугольника. Каждый резонатор в фильтре образован парой полосковых проводников 3, расположенных друг напротив друга на поверхности первой и второй подложек 2. Полосковые проводники 3 расположены только на одной поверхности каждой диэлектрической подложки 2, причем один конец каждого полоскового проводника 3 замкнут на экран 1 непосредственно, а второй конец соединен с экраном 1 через сосредоточенную емкость 4. Между подложками 2 расположена тонкая металлическая пленка 5, замкнутая со всех сторон по периметру на экран 1. Толщина пленки 5 меньше величины скин-слоя в металле пленки 5 на рабочей частоте резонатора.
Заявляемый полосковый фильтр гармоник работает следующим образом. Известно, что высокочастотный ток проникает в металл на определенную глубину, характеризуемую толщиной скин-слоя. Величина толщины скин-слоя зависит от электрофизических параметров материала и частоты: , где σ – удельная проводимость металла, μ – относительная магнитная проницаемость и ω – частота. Этот факт лежит в основе работы заявляемого фильтра гармоник. Толщина пленки между подложками в заявляемой конструкции выбрана такой, чтобы на нижайшей – рабочей резонансной частоте конструкции она была меньше глубины скин-слоя. Поэтому магнитное поле на рабочей частоте будет проникать через пленку на расстояние достаточное для обеспечения взаимодействия проводников резонаторов. В то же время на частотах высших мод колебаний (гармоник) толщина пленки становится сравнимой и большей, чем глубина скин-слоя в металле. Поэтому взаимодействие резонаторов на частотах высших мод колебаний значительно уменьшается.
Принципиальным отличием фильтра заявляемой конструкции от фильтра-прототипа является то, что при любом числе резонаторов (это число определяет порядок фильтра) все образующие их полосковые проводники располагаются всего на двух диэлектрических подложках при использовании одной сплошной металлической пленки между ними. В то же время в фильтре-прототипе необходимо использовать количество сплошных металлических пленок равное количеству резонаторов, а число диэлектрических подложек равняется удвоенному числу резонаторов. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет уменьшить габариты фильтра и значительно упростить его конструкцию.
На основе заявляемой конструкции был спроектирован полосно-пропускающий фильтр третьего порядка (конструкция фильтра показана на Фиг. 1). На Фиг. 2 в широкой полосе частот изображены амплитудно-частотные характеристики такого фильтра, рассчитанные в программе электродинамического анализа на основе 3D-модели. Конструктивные параметры резонаторов в фильтре: диэлектрическая проницаемость подложек ε = 9.8 при их толщине 0.25 мм; длина полосковых проводников резонаторов 27 мм; ширина наружных проводников 7 мм; ширина средних проводников 8 мм; расстояние между подложками в резонаторе 1.8 мм; расстояние от верхнего и нижнего экрана корпуса до поверхности подложек 5 мм. Величина сосредоточенных емкостей (4 на Фиг. 1б), подключенных к проводникам наружных резонаторов, составляет С 1 = С 3 = 500 пФ, подключенных к проводникам среднего резонатора С 2 = 550 пФ. Между подложками расположена металлическая пленка, замкнутая по периметру на стенки корпуса. Пленка выполнена из материала с удельной проводимостью в 300 раз меньшей чем у меди, толщина пленки t = 100 мкм. Такая толщина и проводимость материала пленки выбраны исходя из условия реализации максимальной собственной добротности полосковых резонаторов, что обеспечивает наименьшее затухания в полосе пропускания фильтра при прочих равных условиях. Центральная частота полосы пропускания фильтра при расстоянии между резонаторами S = 3 мм составила f 0 ≈ 0.13 ГГц (Фиг. 2а), относительная ширина полосы пропускания фильтра по уровню минус 3 дБ составила Δf/f 0 ≈ 2%. На Фиг. 2б видно, что в заявляемом фильтре полоса заграждения по уровню минус 40 дБ (первая гармоника) простирается до частоты не менее 150f 0 (ограничено в теории временем численного расчета) и на практике, как в фильтре-прототипе, будет значительно протяженнее. Габариты фильтра составляют 40×27×16 мм3, в то время как габариты фильтра-прототипа при прочих равных условиях будут составлять 44×27×16 мм3.
Таким образом, по сравнению с фильтром-прототипом заявляемый фильтр значительно проще по конструкции и при прочих равных условиях позволяет создавать многорезонаторные устройства меньшего размера, что подтверждает заявляемый технический результат.
Claims (1)
- Полосковый полосно-пропускающий фильтр гармоник, содержащий диэлектрические подложки, подвешенные внутри экрана, на поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники, электромагнитно связанные между собой, и расположенную между подложками сплошную металлическую пленку, толщина которой на рабочей частоте резонатора меньше толщины скин-слоя в металле пленки, отличающийся тем, что количество подложек равно двум при любом числе полосковых проводников, которые расположены только на одной поверхности каждой диэлектрической подложки, причем один конец каждого полоскового проводника замкнут на экран непосредственно, а второй конец соединен с экраном через сосредоточенную емкость.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793079C1 true RU2793079C1 (ru) | 2023-03-28 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2818666C1 (ru) * | 2023-12-01 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Свч-фильтр гармоник |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4254390A (en) * | 1978-02-28 | 1981-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Compact electronic tuning device |
DE4140299A1 (de) * | 1991-10-26 | 1993-07-08 | Aeg Mobile Communication | Kammleitungsfilter |
JP2005159512A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Koa Corp | 積層型バンドパスフィルタ |
US7649431B2 (en) * | 2006-10-27 | 2010-01-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Band pass filter |
DE602006011094D1 (de) * | 2005-09-15 | 2010-01-28 | Daido Steel Co Ltd | Bandpassfilter |
RU99248U1 (ru) * | 2009-06-17 | 2010-11-10 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук | Полосковый резонатор на двойной подвешенной подложке |
RU2640968C1 (ru) * | 2016-10-10 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Полосковый резонатор |
RU208172U1 (ru) * | 2021-07-05 | 2021-12-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» | Дуплексер на основе объёмных полосково-щелевых переходов |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4254390A (en) * | 1978-02-28 | 1981-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Compact electronic tuning device |
DE4140299A1 (de) * | 1991-10-26 | 1993-07-08 | Aeg Mobile Communication | Kammleitungsfilter |
JP2005159512A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Koa Corp | 積層型バンドパスフィルタ |
DE602006011094D1 (de) * | 2005-09-15 | 2010-01-28 | Daido Steel Co Ltd | Bandpassfilter |
US7649431B2 (en) * | 2006-10-27 | 2010-01-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Band pass filter |
RU99248U1 (ru) * | 2009-06-17 | 2010-11-10 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук | Полосковый резонатор на двойной подвешенной подложке |
RU2640968C1 (ru) * | 2016-10-10 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Полосковый резонатор |
RU208172U1 (ru) * | 2021-07-05 | 2021-12-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» | Дуплексер на основе объёмных полосково-щелевых переходов |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2818666C1 (ru) * | 2023-12-01 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Свч-фильтр гармоник |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2249489C (en) | High-frequency transmission line, dielectric resonator, filter, duplexer, and communication device | |
CN1159798C (zh) | 介质谐振器、介质滤波器、介质双工器和通信装置 | |
US20020041221A1 (en) | Tunable bandpass filter | |
Chen et al. | Compact quasi-elliptic function filter based on defected ground structure | |
RU2402121C1 (ru) | Полосковый полосно-пропускающий фильтр | |
RU2475900C1 (ru) | Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр | |
Boutejdar et al. | Design and manufacturing of a novel compact 2.4 GHz LPF using a DGS-DMS combination and quasi octagonal resonators for radar and GPS applications | |
Hou et al. | Varactor–Graphene-based bandpass filter with independently tunable characteristics of frequency and amplitude | |
KR100893319B1 (ko) | 나선형 공진기를 이용한 초소형 대역저지필터 | |
Patel et al. | Multiple band waveguide based microwave resonator | |
JP5787108B2 (ja) | 誘電体線路および電子部品 | |
RU2793079C1 (ru) | Полосковый полосно-пропускающий фильтр гармоник | |
Chen et al. | Planar asymmetric dual-mode filters based on substrate integrated waveguide (SIW) | |
Zakharov | Stripline combline filters on substrates designed on high-permittivity ceramic materials | |
Yang et al. | A compact quarter-mode SIW bandpass filter with an extremely wide stopband | |
RU99248U1 (ru) | Полосковый резонатор на двойной подвешенной подложке | |
Djermoun et al. | Widely tunable high-Q SIW filter using plasma material | |
Safwat et al. | Defected ground and patch-loaded planar transmission lines | |
KR102054503B1 (ko) | 대역통과 여파기 및 그의 설계방법 | |
Matsumoto et al. | A miniaturized dielectric monoblock band-pass filter for 800 MHz band cordless telephone system | |
Chen et al. | Metal-dielectric coaxial dual-mode resonator for compact inline bandpass filters | |
KR20090092466A (ko) | 버랙터 다이오드를 장착한 상보적 구조의 srr을 이용한가변형 공진기 | |
JP4030900B2 (ja) | フィルタ | |
JPS62278801A (ja) | マイクロストリツプバンドパスフイルタ | |
RU2755294C1 (ru) | Полосковый двухспиральный резонатор |