RU2797166C1 - Microstrip bandpass filter - Google Patents
Microstrip bandpass filter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797166C1 RU2797166C1 RU2022134232A RU2022134232A RU2797166C1 RU 2797166 C1 RU2797166 C1 RU 2797166C1 RU 2022134232 A RU2022134232 A RU 2022134232A RU 2022134232 A RU2022134232 A RU 2022134232A RU 2797166 C1 RU2797166 C1 RU 2797166C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- filter
- section
- split
- unsplit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.The invention relates to microwave technology and is intended for frequency selection of signals.
Известен полосно-пропускающий фильтр [Патент RU № 2480867, МКИ7 H01P 1/203, бюл. № 12 от 27.04.2013]. Фильтр состоит из двухмодовых резонаторов, каждый из которых содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое металлизированное основание, а на вторую сторону нанесён прямолинейный полосковый проводник, частично расщеплённый с одного конца продольной щелью. Длина нерасщеплённого участка полоскового проводника находится в пределах от 16 % до 65 %. Техническим результатом при осуществлении изобретения является упрощение конструкции резонатора и фильтра на его основе за счёт исключения замыкания полоскового проводника резонатора на заземляемое металлизированное основание при сохранении двухмодового режима работы резонатора. Недостатком является сравнительно невысокая избирательность фильтра на основе таких резонаторов, связанная с тем, что в них рабочими являются только две моды колебаний.Known bandpass filter [Patent RU No. 2480867, MKI7 H01P 1/203, bul. No. 12 dated April 27, 2013]. The filter consists of two-mode resonators, each of which contains a dielectric substrate, on one side of which a grounded metallized base is applied, and on the other side a straight strip conductor is applied, partially split at one end by a longitudinal slot. The length of the unsplit section of the strip conductor is in the range from 16% to 65%. The technical result in the implementation of the invention is to simplify the design of the resonator and the filter based on it by eliminating the short circuit of the resonator strip conductor to a grounded metallized base while maintaining the two-mode operation of the resonator. The disadvantage is the relatively low selectivity of the filter based on such resonators, due to the fact that only two oscillation modes are working in them.
Наиболее близким аналогом является высокоселективный микрополосковый полосно-пропускающий фильтр [Патент RU № 2775868, МПК H01P 1/203, бюл. № 20 от 11.07.2022 (прототип)]. Фильтр состоит из трехмодового микрополоскового резонатора, который содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесён прямолинейный полосковый проводник, частично расщеплённый с одного конца продольной щелью. Относительная длина нерасщеплённого участка составляет от 16 % до 65 %, а его абсолютная длина больше ширины. Внутри расщеплённого участка резонатора расположен дополнительный полосковый проводник, соединенный одним концом с нерасщепленным участком. В формировании полосы пропускания фильтра участвуют три нижайшие моды колебаний микрополоскового резонатора, что улучшает его частотно-селективные свойства по сравнению с первым аналогом. Недостатками фильтра являются неширокая высокочастотная полоса заграждения и сравнительно низкая избирательность, обусловленная малым числом резонансов, формирующих полосу пропускания.The closest analogue is a highly selective microstrip band pass filter [Patent RU No. 2775868, IPC H01P 1/203, bul. No. 20 dated 07/11/2022 (prototype)]. The filter consists of a three-mode microstrip resonator, which contains a dielectric substrate, one side of which is metallized and acts as a grounded base, and the other side is coated with a straight strip conductor, partially split at one end with a longitudinal slot. The relative length of the unsplit area ranges from 16% to 65%, and its absolute length is greater than the width. Inside the split section of the resonator there is an additional strip conductor connected at one end to the unsplit section. In the formation of the filter passband, the three lowest oscillation modes of the microstrip resonator are involved, which improves its frequency-selective properties compared to the first analogue. The disadvantages of the filter are a narrow high-frequency stop band and relatively low selectivity due to the small number of resonances that form the passband.
Техническим результатом изобретения является повышение избирательности и расширение полосы заграждения микрополоскового полосно-пропускающего фильтра.The technical result of the invention is to increase the selectivity and expand the stop band of the microstrip bandpass filter.
Технический результат достигается тем, что в микрополосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесен прямолинейный полосковый проводник резонатора, частично расщеплённый с одного конца продольной щелью, причем относительная длина нерасщеплённого участка составляет от 16 % до 65 % и внутри расщепленного участка располагается дополнительный полосковый проводник соединенный одним концом с нерасщепленным участком резонатора, новым является то, что дополнительный полосковый проводник также расщеплен продольной щелью, а нерасщепленный участок резонатора имеет вырез в виде прямоугольного окна свободного от металлизации.The technical result is achieved by the fact that in a microstrip bandpass filter containing a dielectric substrate, one side of which is metallized and performs the function of a grounded base, and a rectilinear strip conductor of the resonator, partially split at one end with a longitudinal slot, is deposited on the second side, and the relative length of the unsplit section is from 16% to 65% and inside the split section there is an additional strip conductor connected at one end to the non-split section of the resonator, what is new is that the additional strip conductor is also split with a longitudinal slot, and the unsplit section of the resonator has a cutout in the form of a rectangular window free from metallization.
Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что дополнительный полосковый проводник, соединенный одним концом с нерасщепленным участком, расщеплен продольной щелью, а нерасщепленный участок резонатора имеет вырез в виде прямоугольного окна свободного от металлизации. Такое техническое решение позволяет использовать для формирования полосы пропускания не три, а четыре моды колебаний резонатора, что повышает избирательность и увеличивает протяженность полосы заграждения фильтра.The difference between the proposed device and the closest analogue lies in the fact that the additional strip conductor, connected at one end to the unsplit section, is split with a longitudinal slot, and the unsplit section of the resonator has a cutout in the form of a rectangular window free from metallization. This technical solution makes it possible to use not three, but four resonator oscillation modes to form the passband, which increases the selectivity and extends the stopband of the filter.
Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».Thus, the above distinguishing features from the prototype allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty".
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».The features that distinguish the claimed technical solution from the prototype are not identified in other technical solutions and, therefore, ensure that the claimed solution meets the criterion of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов:The essence of the invention is explained with the help of graphic materials:
На Фиг. 1 изображён четырехмодовый микрополосковый резонатор.On FIG. 1 shows a four-mode microstrip resonator.
На Фиг. 2 изображён пример конкретной реализации заявляемого фильтра.On FIG. 2 shows an example of a specific implementation of the proposed filter.
На Фиг. 3 изображены амплитудно-частотные характеристики конкретной реализации фильтра заявляемой конструкции и фильтра-прототипа.On FIG. 3 shows the amplitude-frequency characteristics of a specific implementation of the filter of the claimed design and the prototype filter.
Заявляемый фильтр состоит из микрополоскового резонатора (Фиг. 1), который содержит диэлектрическую подложку (1), одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесён прямолинейный полосковый проводник, частично расщеплённый с одного конца продольной щелью (2). Относительная длина нерасщеплённого участка (3) составляет от 16 % до 65 %, а его абсолютная длина l 1 больше ширины W. Внутри расщеплённого участка резонатора расположен дополнительный полосковый проводник (4) длиной l 3, соединенный одним концом с нерасщепленным участком (3). Дополнительный проводник (4) также расщеплен продольной щелью (5) шириной S 1 и длиной l 4. Нерасщепленный участок (3) резонатора имеет вырез в виде прямоугольного окна (6) свободного от металлизации.The inventive filter consists of a microstrip resonator (Fig. 1), which contains a dielectric substrate ( 1 ), one side of which is metallized and acts as a grounded base, and a straight strip conductor is applied to the second, partially split at one end with a longitudinal slot ( 2 ). The relative length of the unsplit section ( 3 ) ranges from 16% to 65%, and its absolute length l 1 is greater than the width W . Inside the split section of the resonator there is an additional strip conductor ( 4 ) of length l 3 , connected at one end to the unsplit section ( 3 ). The additional conductor ( 4 ) is also split by a longitudinal slot ( 5 ) of width S 1 and length l 4 . The unsplit section ( 3 ) of the resonator has a cutout in the form of a rectangular window ( 6 ) free from metallization.
Варьирование длин l 1, l 2, l 3 и l 4 позволяет сближать резонансные частоты четырех мод колебаний резонатора в заявляемом фильтре, таким образом, чтобы обеспечить требуемую ширину полосы пропускания фильтра. Площадь прямоугольного окна (6) на нерасщепленном участке (3) резонатора определяет величину относительной ширины полосы пропускания фильтра. Кроме того, наличие такого окна позволяет расширить высокочастотную полосу заграждения за счет подавления нежелательных высших мод колебаний, возникающих в нерасщепленном участке резонатора.Varying the lengths l 1 , l 2 , l 3 and l 4 allows you to bring together the resonant frequencies of the four modes of oscillation of the resonator in the inventive filter, so as to provide the required bandwidth of the filter. The area of the rectangular window ( 6 ) on the unsplit section ( 3 ) of the resonator determines the relative bandwidth of the filter. In addition, the presence of such a window makes it possible to expand the high-frequency stopband by suppressing undesirable higher vibration modes that arise in the unsplit section of the resonator.
На Фиг. 2 показан пример выполнения конкретной реализации однорезонаторного фильтра заявляемой конструкции. Фильтр работает следующим образом: входная и выходная линии передачи подключаются к расщепленному участку резонатора посредством емкостной связи, образованной полосковыми проводниками (7) и расщепленным участком резонатора, как показано на фиг. 2. Величина зазора S между проводниками (7) и расщепленным участком резонатора 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. On FIG. 2 shows an example of a specific implementation of a single-cavity filter of the claimed design. The filter works as follows: the input and output transmission lines are connected to the split section of the resonator by capacitive coupling formed by the strip conductors ( 7 ) and the split section of the resonator, as shown in Fig. 2. The size of the gap S between the conductors ( 7 ) and the split section of the resonator 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.
Как известно, селективность фильтра определяется в первую очередь крутизной склонов амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) полосы пропускания. Для повышения крутизны наиболее эффективным является как увеличение числа резонансов, формирующих полосу пропускания, так и генерация вблизи полосы пропускания нулей коэффициентов передачи (полюсов затухания). Главным недостатком известных подходов является то, что изменение положения полюсов затухания на АЧХ фильтра требует существенной корректировки связей его резонаторов, которые определяют требуемую ширину полосы пропускания. Поэтому размещение полюсов затухания на заданных частотах при заданных параметрах полосы пропускания представляет достаточно сложную техническую задачу, в некоторых случаях практически неразрешимую. Кроме того, наряду с высокой крутизной склонов часто требуется обеспечить их симметричность относительно центра полосы пропускания.As is known, the selectivity of the filter is determined primarily by the steepness of the slopes of the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the passband. To increase the steepness, the most effective is both an increase in the number of resonances that form the passband, and generation near the passband of zeros of the transmission coefficients (attenuation poles). The main disadvantage of the known approaches is that changing the position of the attenuation poles on the frequency response of the filter requires a significant adjustment of the connections of its resonators, which determine the required bandwidth. Therefore, the placement of attenuation poles at given frequencies for given passband parameters is a rather complex technical problem, in some cases practically unsolvable. In addition, along with the high steepness of the slopes, it is often necessary to ensure their symmetry about the center of the passband.
В фильтре заявляемой конструкции в результате интерференции сигнала, распространяющегося через проводник резонатора (т.е. по основному каналу), и сигнала, распространяющегося через дополнительные каналы, на определенных частотах возникает их противофазное сложение, приводящее к образованию нулей коэффициентов передачи (полюсов затухания), которые располагаются на АЧХ фильтра практически симметрично относительно центра полосы пропускания. Наличие указанных нулей коэффициента передачи при большем числе резонансов, формирующих полосу пропускания, обеспечивают заявляемому фильтру более высокую избирательность по сравнению с фильтром-прототипом при прочих равных условиях.In the filter of the claimed design, as a result of the interference of the signal propagating through the resonator conductor (i.e., along the main channel), and the signal propagating through additional channels, at certain frequencies, their antiphase addition occurs, leading to the formation of zeros of the transmission coefficients (attenuation poles), which are located on the frequency response of the filter almost symmetrically about the center of the passband. The presence of these zeros of the transmission coefficient with a greater number of resonances that form the bandwidth, provide the inventive filter with higher selectivity compared to the prototype filter, all other things being equal.
На фиг. 3 изображены частотные зависимости (8) коэффициента передачи S 21 (сплошная линия) и коэффициента отражения S 11 (штриховая линия) заявляемого фильтра, который имел следующие конструктивные параметры. Диэлектрическая проницаемость подложки ε r = 80, ее толщина h = 1 мм, ширина нерасщепленного участка резонатора W = 6 мм, ширина проводников на расщепленном участке w e = 0.8 мм, w i = 1.3 мм. Длина нерасщепленного участка составляла l 1=8.8 мм, расщепленного участка l 2=7.9 мм, при длине дополнительного проводника l 3=8.5 мм, длина внутренней щели l 4=8.6 мм при ее ширине S 1=0.4 мм. Величина зазора S между проводниками (7) и расщепленным участком резонатора S=0.05 мм. Размеры окна (6) составляют 3.6×4.4 мм2 и оно расположено на расстоянии 4 мм от разомкнутого конца нерасщепленного участка резонатора. Указанные длины выбиралась таким образом, чтобы центральная частота полосы пропускания фильтра равнялась f 0 = 1.1 ГГц, а относительная ширина полосы пропускания Δf/f 0= 25%. Из Фиг. 3 видно, что полоса пропускания заявляемого фильтра формируется четырьмя резонансами, в отличие от фильтра-прототипа, где в формировании полосы пропускания участвует только три резонанса. Это приводит к лучшим частотно-селективным свойствам фильтра заявляемой конструкции. В доказательство этого Фиг. 3 также изображена амплитудно-частотная характеристика (9) коэффициента передачи S 21 (точки) фильтра-прототипа, имеющего аналогичные основные конструктивные параметры, как и заявляемый фильтр. Видно, что у фильтра заявляемой конструкции крутизна склонов (избирательность) на частотах вблизи полосы пропускания выше, а протяженность высокочастотной полосы заграждения больше, чем у фильтра-прототипа при прочих равных условиях, что подтверждает заявляемый технический результат.In FIG. 3 shows the frequency dependences ( 8 ) of the transmission coefficient S 21 (solid line) and the reflection coefficient S 11 (dashed line) of the inventive filter, which had the following design parameters. The permittivity of the substrate is ε r = 80, its thickness is h = 1 mm, the width of the unsplit section of the resonator is W = 6 mm, the width of the conductors in the split section is w e = 0.8 mm, w i = 1.3 mm. The length of the unsplit section was l 1 =8.8 mm, the split section l 2 =7.9 mm, with the length of the additional conductor l 3 =8.5 mm, the length of the inner slot l 4 =8.6 mm with its width S 1 =0.4 mm. The gap S between the conductors ( 7 ) and the split section of the resonator S = 0.05 mm. The dimensions of the window ( 6 ) are 3.6×4.4 mm 2 and it is located at a distance of 4 mm from the open end of the unsplit resonator section. These lengths were chosen so that the center frequency of the filter passband was f 0 = 1.1 GHz, and the relative passband width Δ f / f 0 = 25%. From FIG. 3 shows that the bandwidth of the inventive filter is formed by four resonances, in contrast to the prototype filter, where only three resonances are involved in the formation of the bandwidth. This leads to better frequency-selective properties of the filter of the proposed design. To prove this, Fig. 3 also shows the amplitude-frequency characteristic ( 9 ) of the gain S 21 (points) of the prototype filter, which has similar basic design parameters as the proposed filter. It can be seen that the filter of the proposed design has a slope steepness (selectivity) at frequencies near the passband is higher, and the length of the high-frequency stopband is greater than that of the prototype filter, all other things being equal, which confirms the claimed technical result.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797166C1 true RU2797166C1 (en) | 2023-05-31 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001501417A (en) * | 1996-10-04 | 2001-01-30 | エンドゲート コーポレーション | Slotline mounted flip chip |
| RU2480867C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) | Pass band filter |
| CN209200119U (en) * | 2018-10-25 | 2019-08-02 | 成都会讯科技有限公司 | A kind of three rank double frequency filters based on three conductor parallel synthesis resonators |
| RU2775868C1 (en) * | 2021-10-15 | 2022-07-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Highly selective microstrip band pass filter |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001501417A (en) * | 1996-10-04 | 2001-01-30 | エンドゲート コーポレーション | Slotline mounted flip chip |
| RU2480867C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) | Pass band filter |
| CN209200119U (en) * | 2018-10-25 | 2019-08-02 | 成都会讯科技有限公司 | A kind of three rank double frequency filters based on three conductor parallel synthesis resonators |
| RU2775868C1 (en) * | 2021-10-15 | 2022-07-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Highly selective microstrip band pass filter |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Khodenkov, S.A. Investigation of irregular microstrip resonators and wideband filters based on them. // 2016 13th International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE). 2016 г. * |
| ЛЕКСИКОВ А.А. МНОГОСЛОЙНЫЕ МНОГОПРОВОДНИКОВЫЕ ПОЛОСКОВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ И УСТРОЙСТВА ЧАСТОТНОЙ СЕЛЕКЦИИ СИГНАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ // ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук, 2021, стр. 40. * |
| Шихов Ю.Г. Нерегулярные микрополосковые резонаторы и СВЧ-устройства на их основе: диссертация канд. тех. наук. - Красноярск, 2000. - 125 с. (стр. 84, фиг. 47б). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3650957B2 (en) | Transmission line, filter, duplexer and communication device | |
| US4371853A (en) | Strip-line resonator and a band pass filter having the same | |
| RU2504870C1 (en) | Broadband microstrip bandpass filter | |
| US6720849B2 (en) | High frequency filter, filter device, and electronic apparatus incorporating the same | |
| RU2402121C1 (en) | Strip-line bandpass filter | |
| RU2480867C1 (en) | Pass band filter | |
| Zakharov | Stripline combline filters on substrates designed on high-permittivity ceramic materials | |
| RU2797166C1 (en) | Microstrip bandpass filter | |
| RU2715358C1 (en) | High-selective high-pass strip filter | |
| RU2400874C1 (en) | Strip-line filter | |
| CN110729538B (en) | Miniaturized ultra wide band-pass filter with reconfigurable trapped wave band | |
| RU2488200C1 (en) | Miscrostrip diplexer | |
| RU2675206C1 (en) | Microstrip broadband band-pass filter | |
| JP4262192B2 (en) | Non-waveguide line-waveguide converter | |
| RU2775868C1 (en) | Highly selective microstrip band pass filter | |
| KR100449226B1 (en) | Dielectric Duplexer | |
| RU2237320C1 (en) | Band-pass filter | |
| RU2590313C1 (en) | Strip harmonic filter | |
| RU2607303C1 (en) | Microstrip bandpass filter | |
| RU2794303C1 (en) | Microstrip bandpass filter based on two-mode ring resonators | |
| CN111628255B (en) | Compact wide-stop-band-pass filter based on packaging defected ground structure | |
| RU2401490C1 (en) | Microstrip broad-bandpass filter | |
| RU218773U1 (en) | MINIATURE STRIP-BAND FILTER | |
| RU2818666C1 (en) | Harmonic microwave filter | |
| RU2763482C1 (en) | Strip band-pass filter |