RU2809940C1

RU2809940C1 - СВЧ диплексер

Info

Publication number: RU2809940C1
Application number: RU2023126958A
Authority: RU
Inventors: Борис Афанасьевич Беляев; Алексей Михайлович Сержантов; Илья Валериевич Говорун; Сергей Александрович Ходенков
Filing date: 2023-10-20
Publication date: 2023-12-19

Abstract

Изобретение относится к СВЧ технике, в частности к диплексерам. Диплексер содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов и согласующей цепи. Резонаторы формируют фильтры низкочастотного и высокочастотного каналов, а входные резонаторы каналов связаны с согласующей цепью электромагнитно. В каждом из полосно-пропускающих фильтров средний резонатор расположен таким образом, что внутренний край его проводника вблизи одного открытого конца обращен к внутреннему краю входного резонатора, а внутренний край его проводника вблизи другого открытого конца обращен к внутреннему краю выходного резонатора и внутренний край проводника входного резонатора высокочастотного канала фильтра обращен к внутреннему краю проводника согласующей цепи вблизи их открытых концов. Технический результат - меньшение размеров диплексера. 2 ил.

Description

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах радиоаппаратуры различного назначения, в частности, в радионавигационных системах ГЛОНАСС/GPS.

Известен микрополосковый диплексер [Lung-Hwa Hsieh, Kai Chang. New microstrip diplexers using open-loop ring resonators with two transmission zeros // MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS. 2005. – V. 44. – No. 5. – P. 396-398.], содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону - полосковые проводники резонаторов и согласующей цепи, причем резонаторы образуют полосно-пропускающие фильтры низкочастотного и высокочастотного каналов, а согласующая цепь выполнена в виде Т-разветвления. Одним концом согласующая цепь подключена к входному резонатору низкочастотного канала, вторым – высокочастотного, а третий конец является общим входом (портом) устройства.

Основной недостаток такой конструкции диплексера заключается в больших размерах устройства, так как согласующая цепь существенно увеличивает размеры всего диплексера, кроме того, она совместно с входными резонаторами фильтров каналов формирует резонансную систему, резонансы которой попадают в полосы заграждения, ухудшая тем самым его селективные свойства.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом (прототипом) является микрополосковый диплексер со смежными каналами [Б. А. Беляев, А. А. Лексиков, Ан. А. Лексиков, И. В. Говорун, А. О. Афонин, А. В. Угрюмов. Микрополосковый диплексер со смежными каналами // Труды 12-ой международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2014» – Новосибирск – 2014 – Том 4 – с. 220-223.], содержащий, диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую – полосковые проводники резонаторов и согласующей цепи, а каждый из полосно-пропускающих фильтров низкочастотного и высокочастотного каналов, образован тремя резонаторами в форме шпильки, причем средний резонатор каждого канала электромагнитно связан с крайними и включен встречно по отношению к крайним, и располагается в зазоре между ними таким образом, что внешние края проводников этих резонаторов обращены друг к другу, согласующая цепь выполнена в форме шпильки, один конец ее разомкнут, а ко второму подключен общий вход (порт). Один из внешних краев проводников входных резонаторов фильтров каждого из каналов обращен к внешним краям проводников согласующей цепи.

Диплексеры такой конструкции имеют меньшие, по сравнению с первым аналогом размеры, которые, однако, остаются довольно значительными.

Задачей изобретения является миниатюризация конструкции.

Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров диплексера за счет выбранного расположения полосковых проводников его резонаторов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в диплексере, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую – полосковые проводники согласующей цепи и резонаторов двух полосно-пропускающих фильтров низкочастотного и высокочастотного каналов, каждый из которых образован тремя резонаторами в форме шпильки, причем средний резонатор каждого канала электромагнитно связан с крайними и включен встречно по отношению к ним, а согласующая цепь выполнена в форме шпильки, один конец полоскового проводника которой разомкнут, а ко второму подключен общий вход (порт), новым является то, что в каждом из полосно-пропускающих фильтров средний резонатор расположен таким образом, что внутренний край его проводника вблизи одного открытого конца обращен к внутреннему краю входного резонатора, а внутренний край его проводника вблизи другого открытого конца обращен к внутреннему краю выходного резонатора и внутренний край проводника входного резонатора высокочастотного канала фильтра обращен к внутреннему краю проводника согласующей цепи вблизи их открытых концов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что в каждом из полосно-пропускающих фильтров средний резонатор расположен таким образом, что внутренний край его проводника вблизи одного открытого конца обращен к внутреннему краю входного резонатора, а внутренний край его проводника вблизи другого открытого конца обращен к внутреннему краю выходного резонатора.

Вторым существенным отличием является также то, что внутренний край проводника входного резонатора высокочастотного канала полосно-пропускающего фильтра обращен к внутреннему краю проводника согласующей цепи вблизи их открытых концов.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки 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».

Сущность устройства поясняется следующими графическими материалами.

На Фиг. 1а показана топология полосковых проводников заявляемой конструкции СВЧ диплексера, а на Фиг. 1б показана топология полосковых проводников диплексера-прототипа;

На Фиг. 2 приведены частотные зависимости коэффициентов передачи (S ₂₁ и S ₃₁) и коэффициента отражения (S ₁₁) СВЧ диплексера заявляемой конструкции.

Заявляемый СВЧ диплексер состоит из диэлектрической подложки 1 (Фиг. 1б), на нижнюю поверхность которой нанесено заземляемое основание 2, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники согласующей цепи, выполненной в форме шпильки и резонаторов полосно-пропускающих фильтров низкочастотного 4 и высокочастотного 5 каналов 7-9. В обоих каналах используется по три резонатора, каждый из которых имеет форму шпильки. Один конец полоскового проводника 3 согласующей цепи разомкнут, а ко второму подключен входной порт «Р1», выходные порты «Р2» и «Р3» кондуктивно подключены к полосковым проводникам 6 и 9 выходных резонаторов фильтров каналов, соответственно. Средний резонатор каждого канала электромагнитно связан с крайними и включен встречно по отношению к ним.

Принципиальным отличием заявляемой конструкции СВЧ диплексера (Фиг. 1а) от конструкции диплексера-прототипа (Фиг. 1б) является то, что в каждом из полосно-пропускающих фильтров средний резонатор расположен таким образом, что внутренний край его проводника 5(8) вблизи одного открытого конца обращен к внутреннему краю входного резонатора, образованного проводником 4(7), а внутренний край его проводника вблизи другого открытого конца обращен к внутреннему краю среднего резонатора, образованного проводником 6(9) и внутренний край проводника 7 входного резонатора высокочастотного канала фильтра обращен к внутреннему краю проводника 3 согласующей цепи вблизи их открытых концов.

Разберем принцип действия СВЧ диплексера. Так как входной порт «Р1» подключен к концу согласующей цепи, то ее собственные резонансы имеют очень низкую нагруженную добротность. Размеры полосковых проводников 3 согласующей цепи подобраны таким образом, чтобы ее частота попадала между рабочими полосами пропускания каналов. Величина электромагнитной связи между согласующей цепью и входными резонаторами каналов регулируется величиной зазора между ними, а также шириной низкоомного и высокоомного участков цепи.

Для иллюстрации работоспособности заявляемого устройства был изготовлен макет микрополоскового диплексера (Фиг. 1б), конструктивные параметры которого предварительно были получены синтезом его 3-D модели с использованием программы электродинамического анализа. В качестве диэлектрической подложки (1) использовалась пластина из керамики ТБНС с относительной диэлектрической проницаемостью ε=80, толщиной 2 мм, размеры полосковых проводников резонаторов фильтра низкочастотного канала: l ₁ =5.3 мм, l ₂ =5.8 мм, l ₃ = 5.5 мм; длина центральных участков проводников всех резонаторов составляла 2.2 мм, их ширина - 0.3 мм, ширина крайних проводников резонаторов - 0.4 мм, зазор между средним и крайним резонатором – 0.3 мм; размеры полосковых проводников резонаторов высокочастотного канала: l ₄ =4.5 мм, l ₅ =5.0 мм, l ₆ = 4.4 мм, длина центральных участков проводников всех резонаторов составляла 2.2 мм, ширина резонаторов - 0.3 мм, зазор между средним и крайним резонатором – 0.2 мм; размеры согласующей цепи l _c1 = 8.2 мм, l _c2 = 2.5 мм, l _c3 = 5.5 мм, ширина его в узкой (высокоомной) части 0.2 мм; в широкой (низкоомной) – 0.4 мм, зазор между согласующей цепью и резонатором низкочастотного канала 0.3 мм, а высокочастотного – 0.2 мм; размеры полосковых проводников для подключения портов P2 и P3 одинаковые и равны 2.0 × 0.2 мм, они подключены к резонаторам на расстояниях l _f ₁ = 4.3 мм и l _f ₂ = 3.7 мм от концов проводников резонаторов. Другие размеры конструкции были следующими Y ₁ = 2.1 мм, Y ₂ = 1.5 мм и Y ₃ = 2.5 мм. При этом площадь топологии проводников заявляемого микрополоскового диплексера составляет 20.2×11.4 мм², а прототипа 29.4×11.4 мм², т.е. заявляемая конструкция в 1.45 раз меньше по габаритам.

Измеренные (Фиг. 2) минимальные вносимые потери в полосах пропускания каналов диплексера 1.1 дБ, а коэффициенты отражения –16 дБ (КСВН≈1.35). Относительная ширина полос пропускания каналов ~15 %.

Таким образом, заявляемый СВЧ диплексер имеет, по сравнению с диплексером-прототипом, неоспоримое преимущество - меньшие размеры и предназначен для использования в радионавигационных системах ГЛОНАСС/GPS.

Claims

СВЧ диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую – полосковые проводники согласующей цепи и резонаторов двух полосно-пропускающих фильтров низкочастотного и высокочастотного каналов, каждый из которых образован тремя резонаторами в форме шпильки, причем средний резонатор каждого канала электромагнитно связан с крайними и включен встречно по отношению к ним, а согласующая цепь выполнена в форме шпильки, один конец полоскового проводника которой разомкнут, а ко второму подключен входной порт, отличающийся тем, что в каждом из полосно-пропускающих фильтров средний резонатор расположен таким образом, что внутренний край его проводника вблизи одного открытого конца обращен к внутреннему краю входного резонатора, а внутренний край его проводника вблизи другого открытого конца обращен к внутреннему краю крайнего резонатора и внутренний край проводника входного резонатора высокочастотного канала фильтра обращен к внутреннему краю проводника согласующей цепи вблизи их открытых концов.