RU189237U1

RU189237U1 - ULTRA BROADBAND STRIP FILTER

Info

Publication number: RU189237U1
Application number: RU2019102432U
Authority: RU
Inventors: Борис Афанасьевич Беляев; Алексей Михайлович Сержантов; Александр Александрович Лексиков; Максим Олегович Савишников; Ярослав Федорович Бальва; Андрей Александрович Лексиков
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Полезная модель относятся к технике сверхвысоких частот и предназначена для частотной селекции сигналов. Фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, а на вторую сторону также нанесены короткозамкнутые с противоположного конца полосковые проводники, связанные электромагнитно. Полосковые проводники на второй стороне подложки короткозамкнуты на экран посредством общего полоскового проводника. Техническим результатом полезной модели является увеличение протяженности и уровня затухания высокочастотной полосы заграждения фильтра. 4 ил.The utility model refers to the technique of ultra-high frequencies and is intended for frequency selection of signals. A filter containing a dielectric substrate, on one side of which are applied short-circuited strip conductors, and on the other side also strip-like conductors connected electromagnetically short-circuited from the opposite end. The strip conductors on the second side of the substrate are short-circuited to the screen by means of a common strip conductor. The technical result of the utility model is to increase the length and attenuation level of the high-frequency band of the filter barrier. 4 il.

Description

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот и предназначена для частотной селекции широкополосных сигналов.The invention relates to a technique of ultra-high frequencies and is intended for frequency selection of broadband signals.

Известен полосковый полосно-пропускающий фильтр [Патент РФ №2237320, МПК⁷ Н01Р 1/203, опубл. 27.09.2004, Бюл. №27], который содержит подвешенную диэлектрическую подложку (диэлектрическую пластину), на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые на экран с одного торца подложки полосковые проводники, а на вторую сторону подложки вместо заземляемого основания также нанесены короткозамкнутые на экран, но с другого торца подложки, полосковые проводники. Недостатками такой конструкции являются невозможность реализации относительной ширины полосы пропускания более 70% и сравнительно небольшая протяженность полосы заграждения широкополосных фильтров на ее основе.Known strip band-pass filter [RF Patent №2237320, IPC ⁷ H01R 1/203, publ. September 27, 2004, Byul. No. 27], which contains a suspended dielectric substrate (dielectric plate), on one side of which strip conductors are short-circuited to the screen from one end of the substrate, and stripes are also applied to the second side of the substrate instead of a grounded base conductors. The disadvantages of this design are the impossibility of the implementation of the relative bandwidth of more than 70% and the relatively small length of the band barrier broadband filters based on it.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является широкополосный полосковый полосно-пропускающий фильтр [Патент РФ №2626224, МПК⁷ Н01Р 1/203, опубл. 24.07.2017, Бюл. №21 (прототип)]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, а на вторую сторону нанесены короткозамкнутые с противоположного конца полосковые проводники, связанные электромагнитно. Также на вторую сторону подложки нанесены дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых гальванически соединены с соседствующими резонаторами. Такая конструкция позволяет реализовывать фильтры со значительно большей относительной шириной полосы пропускания, по сравнению с первым аналогом. Недостатком фильтра является сравнительно небольшая протяженность высокочастотной полосы заграждения, которая ограничена близко расположенной второй - паразитной полосой пропускания.The closest analogue of the set of essential features is a broadband band-pass bandpass filter [RF Patent №2626224, IPC ⁷ H01R 1/203, publ. 07/24/2017, Bull. No. 21 (prototype)]. The filter contains a dielectric substrate, on one side of which are applied short-circuited strip conductors, and on the other side short-circuited conductors that are connected electromagnetically are applied. Also on the second side of the substrate are additional strip conductors, the sides of which are galvanically connected to neighboring resonators. This design allows you to implement filters with a significantly larger relative bandwidth, compared with the first analogue. The disadvantage of the filter is a relatively small length of the high-frequency band of the barrier, which is limited by the closely located second - spurious bandwidth.

Техническим результатом полезной модели является увеличение протяженности и уровня затухания высокочастотной полосы заграждения фильтра.The technical result of the utility model is to increase the length and attenuation level of the high-frequency band of the filter barrier.

Указанный технический результат достигается тем, что в сверхширокополосном полосковом фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, а на вторую сторону нанесены короткозамкнутые с противоположного конца полосковые проводники, связанные электромагнитно, новым является то, что проводники на второй стороне короткозамкнуты на экран посредством общего полоскового проводника.This technical result is achieved by the fact that in an ultra-wideband strip filter containing a dielectric substrate, on one side of which are placed short-circuited at one end of the strip conductors, and at the other side are applied short-circuited at the opposite end of the strip conductors connected electromagnetically, the new one is that the conductors on the second side is shorted to the screen by means of a common strip conductor.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что проводники на второй стороне короткозамкнуты на экран посредством общего полоскового проводника.The difference of the claimed device from the closest analogue is that the conductors on the second side are short-circuited on the screen by means of a common strip conductor.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».Thus, the above distinctive features of the prototype features allow us to conclude that the proposed technical solution complies with the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется с помощью следующих графических материалов. На Фиг. 1 а, б представлена топология проводников заявляемого полоскового фильтра третьего порядка и фильтра-прототипа третьего порядка, а на Фиг. 2 изображены их рассчитанные амплитудно-частотные характеристики. На Фиг. 3 а, б представлен вариант реализации заявляемого фильтра третьего порядка на основе нерегулярных проводников и соответствующий ему фильтр-прототип, а на Фиг. 4 изображены их рассчитанные амплитудно-частотные характеристики.The essence of the utility model is explained using the following graphic materials. FIG. 1 a, b shows the topology of the conductors of the inventive third-order bandpass filter and third-order prototype filter, and FIG. 2 shows their calculated amplitude-frequency characteristics. FIG. 3 a, b show an embodiment of the proposed third-order filter based on irregular conductors and the corresponding prototype filter, and FIG. 4 shows their calculated amplitude-frequency characteristics.

Заявляемый сверхширокополосный полосковый полосно-пропускающий фильтр (Фиг. 1а) содержит диэлектрическую подложку 1, на нижнюю сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного торца подложки полосковые проводники 2, а на верхнюю сторону подложки также нанесены короткозамкнутые, но с другого торца подложки, полосковые проводники 3. Полосковые проводники 3 на верхней стороне подложки имеют прямоугольную форму и гальванически закорочены на экран с помощью общего отрезка полосковой линии 4. Подложка размещена в корпусе-экране 5. Полосковые проводники наружных резонаторов на верхней стороне подложки гальванически подключены к входной и выходной линиям передачи. На Фиг. 16 изображена конструкция фильтра-прототипа.The inventive ultra-wideband strip-band-pass filter (Fig. 1a) contains a dielectric substrate 1, on the lower side of which are applied short-circuited at one end of the substrate, strip conductors 2, and short-circuited, but with a different end of the substrate, strip conductors 3. The strip conductors 3 on the upper side of the substrate are rectangular in shape and are galvanically short-circuited to the screen using a common piece of strip line 4. The substrate is housed in a screen housing 5. Stripes the conductors of the external resonators on the upper side of the substrate are galvanically connected to the input and output transmission lines. FIG. 16 shows a prototype filter design.

Заявляемый фильтр работает следующим образом. Входная и выходная линии передачи подключаются к проводникам фильтра как показано на Фиг. 1а, причем расстояние от разомкнутых концов проводников до точек подключения внешних линий передачи 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.The inventive filter works as follows. The input and output transmission lines are connected to the filter conductors as shown in FIG. 1a, the distance from the open ends of the conductors to the points of connection of external transmission lines is determined by the specified level of reflections in the passband of the filter. Signals whose frequencies fall into the passband pass to the output of the filter with minimal loss, while at frequencies outside the passband the signals from the input of the device are reflected.

Благодаря тому, что все резонаторы фильтра имеют общий отрезок полосковой линии передачи, замкнутый на экран с одного конца, их взаимодействие существенно увеличивается. Как известно, ширина полосы пропускания фильтра определяется, при прочих равных условиях, величиной коэффициента связи его резонаторов. Варьируя длину общего для всех резонаторов отрезка полосковой линии 4, можно в широких пределах изменять величину коэффициента связи резонаторов и реализовывать относительную ширину полосы пропускания Δƒ/ƒ₀ более 120%. Большая протяженность полосы заграждения заявляемого фильтра, по сравнению с фильтром-прототипом, достигается благодаря тому, что часть паразитных резонансов в такой конструкции не возбуждается.Due to the fact that all the filter resonators have a common segment of the strip transmission line, closed to the screen at one end, their interaction increases significantly. As is known, the filter bandwidth is determined, ceteris paribus, by the magnitude of the coupling coefficient of its resonators. By varying the length of the stripline 4 segment common for all resonators, it is possible to change the coupling coefficient of the resonators over a wide range and realize the relative bandwidth Δƒ / ƒ _{0 of} more than 120%. A large length of the stopband of the inventive filter, as compared to the prototype filter, is achieved due to the fact that part of the parasitic resonances in this design is not excited.

На Фиг 2 приведены рассчитанные в программе электродинамического моделирования частотные зависимости вносимых потерь для заявляемого фильтра (сплошная линия) и фильтра прототипа (пунктирная линия). Фильтры имеют одинаковую центральную частоту полосы пропускания ƒ₀=1 ГГц при относительной ширине полосы пропускания Δƒ/ƒ₀=100%, измеренной по уровню - 3 дБ, и выполнены на диэлектрической подложке толщиной 0.5 мм, имеющей диэлектрическую проницаемость ε=10. Ширина полосковых проводников резонаторов обоих фильтров 1 мм, расстояние от верхнего и нижнего экрана до поверхности подложки 3 мм. Длина общего полоскового проводника резонаторов в заявляемом фильтра составляет 12.5 мм. КСВ в полосе пропускания не хуже 1.5 для обоих фильтров. Из графиков видно, что при прочих равных условиях заявляемый фильтр имеет существенно более широкую и глубокую полосу заграждения (сплошная линия) по сравнению с фильтром прототипом (точки).Fig 2 shows the frequency dependences of insertion loss for the proposed filter (solid line) and the prototype filter (dashed line) calculated in the electrodynamic modeling program. The filters have the same center frequency of the bandwidth ƒ ₀ = 1 GHz with a relative bandwidth Δƒ / ƒ ₀ = 100%, measured at a level of 3 dB, and are made on a 0.5 mm thick dielectric substrate having a dielectric constant ε = 10. The width of the strip conductors of the resonators of both filters is 1 mm; the distance from the upper and lower screen to the surface of the substrate is 3 mm. The length of the common strip conductor resonators in the inventive filter is 12.5 mm. CWS in the passband is not worse than 1.5 for both filters. From the graphs it can be seen that, other things being equal, the inventive filter has a significantly wider and deeper obstacle band (solid line) compared to the prototype filter (dots).

Известно, что применение нерегулярных резонаторов со скачком ширины полоскового проводника позволяет уменьшить размеры фильтра и увеличить протяженность высокочастотной полосы заграждения. На Фиг. 3а изображен вариант реализации фильтра заявляемой конструкции третьего порядка на основе нерегулярных полосковых резонаторов. На этом же рисунке (Фиг. 3б) изображена конструкция фильтра-прототипа на аналогичных резонаторах. На Фиг 4 приведены соответствующие этим конструкциям частотные зависимости вносимых потерь, рассчитанные в программе электродинамического моделирования. Сплошной линией показана характеристика для заявляемого фильтра, а пунктирной линией для фильтра-прототипа. Фильтры имеют одинаковую центральную частоту полосы пропускания ƒ₀=1 ГГц при относительной ширине полосы пропускания Δƒ/ƒ₀=100%, измеренной по уровню - 3 дБ, и выполнены на диэлектрической подложке толщиной 0.25 мм, имеющей диэлектрическую проницаемость ε=10. Ширины отрезков полосковой линии нерегулярных резонаторов обоих фильтров составили 1.25 мм и 0.25 мм, расстояние от верхнего и нижнего экрана до поверхности подложки 3 мм. Длина общего полоскового проводника резонаторов в заявляемом фильтра составляет 3.3 мм. КСВ в полосе пропускания не хуже 1.5 для обоих фильтров. Из приведенных зависимостей видно, что при прочих равных условиях заявляемый фильтр имеет в два раза более протяженную полосу заграждения (сплошная линия) по сравнению с фильтром прототипом (точки).It is known that the use of irregular resonators with a jump in the width of the strip conductor allows reducing the size of the filter and increasing the length of the high-frequency obstacle band. FIG. 3a shows an embodiment of the filter of the inventive third-order design based on irregular strip resonators. The same figure (Fig. 3b) shows the construction of a prototype filter on similar resonators. Fig 4 shows the frequency dependences of the insertion losses corresponding to these structures, calculated in the program of electrodynamic modeling. The solid line shows the characteristic for the inventive filter, and the dotted line for the prototype filter. The filters have the same center frequency of the passband ƒ ₀ = 1 GHz with a relative bandwidth Δƒ / ƒ ₀ = 100%, measured at a level of 3 dB, and are made on a 0.25 mm thick dielectric substrate having a dielectric constant ε = 10. The widths of the strip line segments of irregular resonators of both filters were 1.25 mm and 0.25 mm, the distance from the upper and lower screen to the surface of the substrate was 3 mm. The length of the common strip conductor resonators in the inventive filter is 3.3 mm. The CWS in the passband is not worse than 1.5 for both filters. From the above dependences it can be seen that, all other things being equal, the inventive filter has a twice as long lane barrage (solid line) as compared to the prototype filter (dots).

Таким образом, заявляемая полосковая конструкция позволяет реализовывать на ее основе миниатюрные сверхширокополосные полосно-пропускающие фильтры с увеличенной протяженностью высокочастотной полосы заграждения с большим уровнем затухания.Thus, the claimed stripline design allows for the implementation on its basis of miniature ultra-wideband band-pass filters with an increased length of the high-frequency obstacle band with a large attenuation level.

Claims

An ultra-wideband bandpass filter containing a dielectric substrate, on one side of which striped conductors are short-circuited at one end, and short-circuited at the opposite end are striped conductors connected electromagnetically, characterized in that the conductors on the second side are short-circuited onto the screen by means of a common strip conductor .