полосковый ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР НА ПОДВЕШЕННОЙ ПОДЛОЖКЕ

January 13, 2013 by admin Комментировать »

Беляев Б. А., Сержантов А. М. Институт Физики им. Л. В. Киренского г. Красноярск, СО РАН, Академгородок, 660036, Россия тел.:3912-494591, e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Аннотация – Показана возможность реализации миниатюрного полосно-пропускающего фильтра с высокими частотно-селективными свойствами в полосковой конструкции на подвешенной подложке. Демонстрируется хорошее согласие квазистатического расчета с экспериментом.

I.                                       Введение

Fig. 1.

Рис. 1.

Хорошо известно, что фильтры относятся к важнейшим элементам систем связи и радиолокации. Известно также, что с развитием радиотехники непрерывно повышаются требования к миниатюрности таких устройств, к их селективности, надежности, технологичности в производстве и, конечно, стоимости. Высоким уровнем всех перечисленных качеств в совокупности обладают микрополосковые фильтры, получившие широкое распространение в СВЧ технике. Однако эти устройства уступают по частотно- селективным свойствам «узкополосным» фильтрам, сконструированным, например, на объемных волноводных или диэлектрических резонаторах. Поэтому изучение планарных конструкций фильтров с целью достижения предельно высоких характеристик весьма актуально. Такие исследования, в частности, позволяют оптимизировать топологию проводников с тем, чтобы полюса затухания на АЧХ располагались вблизи полосы пропускания для повышения избирательности устройств [1]. В настоящей работе изучаются фильтры на подвешенной подложке [2], отличающиеся особенно высокой миниатюрностью.

II.                              Основная часть

На рис. 1 показана полосковая структура двухзвенного фильтра на подвешенной подложке. Все проводники имеют одинаковую длину /г, ширину w и выполнены на диэлектрической подложке толщиной hd. В конструкции каждый из резонаторов образован двумя полосковыми проводниками, расположенными напротив друг друга на противоположных сторонах подложки (7,2) и (3,4), причем на одном торце подложки концы всех проводников замкнуты на экран. Другими словами, в отличие от [2] рассматриваются сонаправленные резонаторы на сонаправленных полосковых проводниках. Кондуктивное подключение резонаторов к внешним линиям передачи с волновым сопротивлением 50 Ом осуществляется либо смежно (7-3), либо диагонально (7-4) на расстоянии 1с от замкнутых на экран концов проводников. Полосковая структура находится в прямоугольном корпусе- экране, при этом расстояния от верхней и нижней поверхности подложки до экрана одинаковы и равны ha. Численный анализ рассматриваемой конструкции проводился на одномерной модели, состоящей из последовательно соединенных регулярных отрезков связанных полосковых линий. Погонные параметры связанных линий, необходимые для расчета амплитуд но-частотн ой характеристики вычислялись в квазистатическом приближении.

На рис. 2 представлены амплитудно-частотные характеристики рассматриваемой полосковой структуры при диагональном (сплошная линия) и смежном (штриховая линия) подключении к внешним линиям передачи. Точками показана частотная зависимость обратных потерь. Расчет произведен при следующих параметрах конструкции: диэлектрическая проницаемость подложки ε=80, ее толщина hd=0.5 mm, ширина проводников w=3 mm при длине /л=37.5 mm, зазор между полосковыми проводниками резонаторов 5=1.45 mm, а высота экрана над подложкой Ла=4 mm и, наконец, точки подкпючения внешних линий /с=13 mm.

Видно, что центральная частота и ширина полосы пропускания практически не зависят от способа подкпючения структуры к внешним линиям, однако лучшей избирательностью обладает фильтр с диагональным подкпючением, на АЧХ которого наблюдаются два полюса затухания, расположенные симметрично по обе стороны от полосы пропускания. Исследование коэффициентов связи, полученных из погонных параметров линий и Ц, показало, что емкостное кс и индуктивное kt взаимодействия резонаторов имеют противоположные знаки, при этом кс ничтожно мало по сравнению с кс

Исследование частотно-зависимых коэффициентов связи, полученных из плотности электрической и магнитной энергий, запасаемых резонаторами, показали, что полюса затухания на АЧХ практически совпадают с нулями индуктивного взаимодействия резонаторов. Индуктивное же взаимодействие обращается в нуль на частотах взаимной компенсации индуктивных связей между парами полосковых проводников, находящихся на одной и на противоположных поверхностях подложки.

Благодаря противоположным знакам взаимных индуктивностей /_1зи Цц (1) в рассмотренной конструкции коэффициент связи резонаторов с увеличением зазора уменьшается значительно быстрее, чем в конструкции [2]. Более того, даже в микрололосковой структуре с идентичными конструктивными ларамет- рами коэффициент взаимодействия резонаторов, ло крайней мере, в двое больше. Поэтому «узкололос- ные» фильтры на исследованной структуре не только обладают лучшими частотно-селективными свойствами, но и они намного миниатюрнее.

Рис. 2.                Fig.  2.

Для экслериментальной лроверки лолученных результатов нами был синтезирован, а затем методом гравировки ло лаку изготовлен на лодложке из керамики ТБНС (ε=80) толщиной Л=0.5 mm макет четырехзвенного фильтра, рассчитанная АЧХ которого лредставлена на рис. 3 сллошной линией, а измеренная – точками. 1_(ентральная частота лолосы лро- лускания фильтра fo=0.94 GHz, а относительная ширина Af/fo~3 %. Видно достаточно хорошее согласие расчета с экслериментом. При этом конструктивные лараметры устройства были следующими: ширина лроводников w=3 mm, длина /л=9 mm, зазор между крайними резонаторами Si=1.25mm, средними 52=1 mm, высота экрана над лодложкой ha=4 mm.

Рис. 3.               Fig. 3.

III.                                  Заключение

Таким образом, в настоящей работе рассмотрена оригинальная лолосковая структура на лодвешенной лодложке, которая лозволяет реализовать миниатюрные, обладающие высокой избирательностью, фильтры лри относительной ширине лолосы лролус- кания меньше 10%. Квазистатический расчет одномерных моделей конструкции достаточно хорошо согласуется с экслериментом. Этот факт лозволяет лроводить скоростной лараметрический синтез устройств с заданными характеристиками.

IV.                           Список литературы

[1]   .        Александровсий А. А., Беляев Б. А., Лексиков А. А. И РТЭ. Т. 48, № 4. 2003. С. 398-405.

[2]   .        Беляев Б. А., Лексиков А. А., Тюрнев В. В., Казаков А. В. // Патент России № 2237320. БИ № 27. 2004.

STRIPLINE BANDPASS FILTER ON SUSPENDED SUBSTRATE

В. A. Belyaev, A. M. Serzhantov Institute of Physics AI<ademgorodol<, Krasnoyarsl<, 660036, Russia e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Abstract – The realization possibility of small-size bandpass filter that has high frequency-selective characteristics in suspended substrate stripline construction is shown. The good agreement of quasi-static calculation with experiment was obtained.

I.                                         Introduction

It is commonly known, that filters are the important part of radio communication and radiolocation systems. Besides with radio technical development such devices requirements to dimension size, reliability and cost are increased. All this features in general have microstrip and stripline filters, which are widely used in microwave techniques. So the investigation of planar construction of filters for achieving extreme frequency-selective properties is topically. In the present work the small-size suspended substrate filters [2] are investigated.

II.                                        Main Part

Fig.1 shows the stripline structure of two-pole filter on suspended substrate. All conductors have the same length 1^, width w and realized on dielectric substrate with thickness h^. In this construction each of resonators is formed by two conductors which are situated oppositely each other on the different sides of substrate (1, 2) and (3, 4), and at one end-wall of substrate the ends of all conductors are connected to ground plane. The conductive connection of external line that has 50-0hm wave resistance is realized either adjacently (1-3) or diagonally (1-4) at distance k from grounded ends of conductors. The stripline structure is situated in rectangular shield. The distances from top and bottom of shield to substrate surface are the same and equal ha. The numerical analysis was carried out on one-dimensional model, which consists of coupled regular stripline sections. To find the frequency response (PR) of structure the per unit length parameters were calculated in quasi-static approximation.

Fig. 2 shows the frequency responses of stripline structure under investigation for diagonal (solid line) and adjacent (dashed line) connection to external transmission lines. Dots are the frequency response of return loss. The calculation was carried out at the next structure parameters: dielectric substrate permittivity ε=80, its thickness hd=0.5 mm, width of strip conductors w=3 mm at their length 1^=37.5 mm, space between resonators conductors S=1.45 mm, height of shield over substrate fta=4 mm and point of external lines connection /^=13 mm.

It is seen that central frequency and bandwidth of passband are practically independent of external lines connection way. However filter with diagonal connection has the best selectivity. Coupling coefficients investigation shows that inductive Kl and capacitive kc interactions of resonators have opposite signs (1) and kc «ki.

Due to opposite signs of L,sand L^in (1) the coupling coefficient of resonators versus space S between resonators decreases more rapidly than in construction [2]. Therefore narrow bandwidth filters based on such structure have both high fre- quency-selective properties and small dimension.

For experimental checking of the obtained result, we have synthesized and made by grave on varnish method on substrates from ceramics TBNS (ε=80) of 0.5 mm thickness breadboard of four-pole filter. In Fig. 3 calculation (solid line) and experiment (dots) results are depicted.

III.                                       Conclusion

So, in the present work original stripline structure on suspended substrate is considered. It is shown that such structure allows realizing small-size filters having high selective properties. A good agreement between theory and experiment is observed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты