RU2820780C1 - Малогабаритный неотражающий полосно-пропускающий фильтр - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к малогабаритным неотражающим полосно-пропускающим фильтрам. Фильтр содержит отрезки связанных полосковых линий. Первый отрезок соединен выходными концами с входными концами второго отрезка, ориентированного относительного первого отрезка перпендикулярно, выходные концы второго отрезка соединены с входными концами третьего отрезка, ориентированного перпендикулярно второму отрезку и параллельно первому отрезку так, что выходные концы третьего отрезка и выходные концы первого отрезка находятся напротив друг друга, выходные концы третьего отрезка соединены с входными концами четвертого отрезка, ориентированного перпендикулярно четвертому отрезку. Выходные концы третьего и пятого отрезка находятся напротив друг друга, выходные концы четвертого отрезка соединены с входными концами пятого отрезка, расположенного перпендикулярно третьему отрезку, входные концы первого проводника первого отрезка служит входом малогабаритного неотражающего полосно-пропускающего фильтра, а выходной конец второго проводника пятого отрезка служит выходом фильтра. Вход второго проводника первого отрезка и выход первого проводника пятого отрезка соединены с частотно-избирательными цепями в виде последовательно включенных индуктивности и ёмкости, к которым параллельно подключен резистор. Выходы частотно-избирательных цепей соединены с общим проводником. Технический результат – уменьшение габаритов. 4 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к малогабаритным неотражающим полосно-пропускающим фильтрам.

Известен неотражающий полосно-пропускающий фильтр с сосредоточенными элементами описаны в [M. A. Morgan and T. A. Boyd, “Theoretical and experimental study of a new class of reflectionless filter,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 59, no. 5, pp.1214-1221, May 2011.], в котором, в основе конструкции лежит симметричная схема, четная и нечетная части которой имеют одинаковые амплитудные коэффициенты отражения с противоположными знаками на всех частотах. В результате вся схема идеально не имеет отражений на всех частотах. Результатом конструкции является большое количество элементов схемы с жесткими требованиями к допускам.

Неотражающий полосно-пропускающий фильтр, или квази-поглощающий микрополосковый полосно-пропускающий фильтр на связанных линиях [X. Wu, Y. Li and X. Liu, "High-Order Dual-Port Quasi-Absorptive Microstrip Coupled-Line Bandpass Filters," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 68, no. 4, pp.1462-1475, April 2020, doi: 10.1109/TMTT.2019.2955692.] содержит отрезки связанных линий, линии передачи, образующие закороченные на конце шлейфы соединенные через резисторы с отрезки полосковых линий. Резисторы и шлейфы являются частотно- зависимыми нагрузками подводящих линий и одной из связанных полосковых линий. Поскольку короткозамкнутые шлейфы обладают периодически повторяющейся частотной характеристикой, то и фильтр, выключающий такие шлейфы, также обладает периодически повторяющейся полосой пропускания. Так на стр. 5 [2] на рис. 5(d) показаны частотные зависимости коэффициентов передачи и коэффициентов отражения в диапазоне до 6 ГГц, которые имеют три максимума для , причем ограничен величиной -10 дБ, а достигает значения близкого к нулю. Т.е. устройство представляет несимметричный четырехполюсник, согласованный только по входу. Таким образом, предлагаемый неотражающий полосно-пропускающий фильтр [2] обладает недостатком, заключающимся в образовании паразитных полос пропускания, несогласованностью по выходу и большие габариты.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является фильтр, состоящий из 3-дБ моста, диагональные порты которого нагружены каскадно включенными отражающими полосно-запирающими звеньями и резистивными нагрузками [Малютин Н.Д., Лощилов А.Г., Ладур А.А. Цепочки комбинированных фильтров поглощающего типа // 18-я Международная Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрымиКо’2009): материалы конф. в 2 т. - Севастополь: изд-во “Вебер”. 2008. С. 489 - 490]. Принцип работы этого фильтра СВЧ основан на инверсии частотных характеристик передаточного коэффициента по отношению к отражающим полосно-запирающим звеньям. Однако у данного прототипа фильтра имеются существенные недостатки. Во-первых, так как отражающие полосно-запирающие звенья обладают периодически повторяющейся частотной характеристикой, то и полосно-пропускающий фильтр, основанный на этом принципе, также имеет периодически повторяющуюся полосу пропускания. Это может ограничить его применение в ряде случаев. Во-вторых, использование связанных полосковых линий в отражающих полосно-запирающих звеньях приводит к большим габаритам конструкции этих элементов. Отсюда общий размер фильтра значительно увеличивается из-за суммирования габаритов 3-дБ моста и двух полосно-запирающих звеньев, которые выполняются из отрезков полосковых линий. Большие габариты создают проблемы с миниатюризацией неотражающих фильтров. Поэтому фильтр также не может быть управляемым или иметь возможность перестройки частоты полосы пропускания. Таким образом, прототип фильтра обладает существенными недостатками, такими как периодически повторяющаяся полоса пропускания, и значительные габариты.

Основная техническая задача, решаемая предложенным решением, направлена на устранение периодичности полос пропускания и уменьшение габаритов.

Изобретение поясняется рисунками фиг. 1 - фиг. 4.

Цифрой 1-4 обозначены - порты 1-4 (фиг. 1 и фиг. 2).

На фиг. 1 показана топология горизонтальных проводников фильтра, где: мм, мм, мм, мм, мм.

На фиг. 2 показана эквивалентная схема малогабаритного неотражающего полосно-пропускающего фильтра, где пяти секций СПЛ I-V, расположенных перпендикулярно друг к другу и двух RLC-цепей. Каждая секция СПЛ с продольным размером 9 мм. RLC-цепь со следующими параметрами: R0=50 Ом, L0=23.1 нГн, С0=1.2 пФ.

На фиг. 3 показан внешний вид макета фильтра.

На фиг. 4 показаны экспериментальные частотные зависимости S-параметров фильтра.

Поставленная техническая задача уменьшения габаритов решается тем, что малогабаритный неотражающий фильтр выполнен из 2n+2(n-1) отрезков связанных полосок, образующих меандр, каждая из которых выполнена длиной , образованный первым и вторым проводником, первый отрезок связанных полосковых линий, соединен выходными концами с входными концами второго отрезка связанных линий, ориентированного относительного первого отрезка связанных линий перпендикулярно, выходные концы второго отрезка связанных линий соединены с входами концами третьего отрезка связанных линий, ориентированного перпендикулярно второму отрезку связанных линий и параллельно первому отрезку связанных линий так, что выходные концы третьего отрезка связанных линий и выходные концы первого отрезка связанных линий находятся на напротив друг друга, выходные концы третьего отрезка связанных линий соединены с входными концами четвертого отрезка связанных линий, соединенных с входными концами пятого отрезка связанных линий, расположенного перпендикулярно третьему отрезку связанных линий, входной конец первого проводника первого отрезка СЛ служит входом малогабаритного неотражающего полосно-пропускающего фильтра, а выходной конец второго проводника пятого отрезка СЛ служит выходом фильтра, вход второго проводника первого отрезка СЛ и выход первого проводника пятого отрезка связанных линий, соединены с частотно-избирательными цепами в виде последовательно включенных первой индуктивности и первой емкости, образуют последовательный колебательный контур с резонансной частотой , к которому параллельно подключен резистор с сопротивлением, равным входному сопротивлению со стороны входа второй полосковой линии, выходы частотно-избирательных цепей соединены с общим проводником.

Топология горизонтальных проводников СПЛ показана на фиг. 1 Они имеют следующие параметры мм, мм, мм, мм, мм. Поскольку горизонтальные полоски свернуты в меандр, вертикальные полоски были выполнены на отдельных платах, а продольные размеры соответствуют длине частей горизонтальных проводников по средней линии, проходящей по середине зазора. Эквивалентная схема исследуемого НПФ показана на фиг. 2. Схема состоит из пяти секций СПЛ I-V, расположенных перпендикулярно друг к другу и двух RLC-цепей, находящихся в портах 2 и 3. Порты 1 и 4 соответственно служат входом и выходом НПФ. Каждая секция СПЛ с продольным размером 9 мм. RLC-цепь со следующими параметрами: R0=50 Ом, L0=23.1 нГн, С0=1.2 пФ. В результате проведенной разработки был изготовлен неотражающий полосковый фильтр. На Фиг. 3 представлен внешний вид макета, который имеет размеры 31×22 мм, что соответствует уменьшению габаритов в два раза по сравнению с работой [4]. На фиг. 4 показаны частотные характеристики фильтра. Из графика видно, что фильтр функционирует на центральной частоте 0,94 ГГц с полосой пропускания 1,8 ГГц. При этом коэффициент отражения не превышает -10 дБ во всем диапазоне частот до 4,8 ГГц. Полученные экспериментальные данные подтверждают возможность создания неотражающего полоскового фильтра с компактными размерами и характеристиками, близкими к расчетным.

Список литературы:

1. M.A. Morgan and T. A. Boyd “Theoretical and experimental study of a new class of reflectionless filter,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 59, no. 5, pp.1214-1221, May 2011.

2. X. Wu, Y. Li and X. Liu, "High-Order Dual-Port Quasi-Absorptive Microstrip Coupled-Line Bandpass Filters," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 68, no. 4, pp.1462-1475, April 2020, doi: 10.1109/TMTT.2019.2955692.

3. Малютин Н.Д., Лощилов А.Г., Ладур А.А. Цепочки комбинированных фильтров поглощающего типа // 18-я Междунар. Крымская конф. “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии ” (КрымиКо’2009): материалы конф. в 2 т.- Севастополь: изд-во “Вебер”. 2008. С.489 - 490.

4. T.T. Thanh and A.G. Loschilov, "Reflectionless Stripline Filters," 2023 IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT), Yekaterinburg, Russian Federation, 2023, pp.135-138, doi: 10.1109/USBEREIT58508.2023.10158882.

Claims (1)

1. Малогабаритный неотражающий полосно-пропускающий фильтр, содержащий отрезки связанных полосковых линий, отличающийся тем, что каждый из которых, образованные первым и вторым проводниками, первый отрезок связанных полосковых линий соединен выходными концами с входными концами второго отрезка связанных линий, ориентированного относительного первого отрезка связанных линий перпендикулярно, выходные концы второго отрезка связанных линий соединены с входными концами третьего отрезка связанных линий, ориентированного перпендикулярно второму отрезку связанных линий и параллельно первому отрезку связанных линий так, что выходные концы третьего отрезка связанных линий и выходные концы первого отрезка связанных линий находятся напротив друг друга, выходные концы третьего отрезка связанных линий соединены с входными концами четвертого отрезка связанных линий, ориентированного перпендикулярно четвертому отрезку связанных линий, что выходные концы третьего и пятого отрезка находятся напротив друг друга, выходные концы четвертого отрезка соединены с входными концами пятого отрезка связанных линий, расположенного перпендикулярно третьему отрезку связанных линий, входные концы первого проводника первого отрезка СЛ служит входом малогабаритного неотражающего полосно-пропускающего фильтра, а выходной конец второго проводника пятого отрезка СЛ служит выходом фильтра, вход второго проводника первого отрезка СЛ и выход первого проводника пятого отрезка связанных линий соединены с частотно-избирательными цепями в виде последовательно включенных первой индуктивности и первой ёмкости, образуют последовательный колебательный контур с резонансной частотой , к которому параллельно подключен резистор с сопротивлением, равным входному сопротивлению со стороны входа второй полосковой линии, выходы частотно-избирательных цепей соединены с общим проводником.