RU2401490C1 - Microstrip broad-bandpass filter - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: filter has an insulating substrate, one side of which is completely metal-coated with a screening layer, while on the other side there electromagnetically-connected parallel folded strip conductors with discontinuity of width at the bend and ends which are closed into a screen. The central strip conductor is folded twice, both its ends are closed into a screen and its central part symmetrically lies between outermost parts.

EFFECT: possibility of realisation with an odd number of resonators, disclosed filter is small in size and has a large bandwidth, high loss in the stop band and has good accuracy for calculating its characteristics using one dimensional structural models.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов.The invention relates to techniques for microwave frequencies and is intended for frequency selection of signals.

Известен микрополосковый полосно-пропускающий фильтр на шпильковых резонаторах со скачком волнового сопротивления (фиг.1) [Б.А.Беляев, С.В.Бутаков, Н.В.Лалетин, А.А.Лексиков, В.В.Тюрнев, О.Н.Чесноков. Селективные свойства микрополосковых фильтров на нерегулярных резонаторах // Радиотехника и электроника. 2004, Т. 49, №11, С.1397-1406]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована экранирующим слоем, а на другой стороне параллельно расположены полосковые проводники, образующие электромагнитно связанные микрополосковые резонаторы. Полосковые проводники однократно свернуты в форме шпильки и содержат скачок ширины на одном из изгибов. Конец узкого участка полоскового проводника замкнут на экран. В этом фильтре в формировании полосы пропускания задействованы от каждого резонатора по одной моде колебаний (фиг.1). Поэтому порядок фильтра равен числу резонаторов. Недостатком фильтра является невозможность его реализации при нечетном числе резонаторов из-за того, что его центральный резонатор, как и остальные резонаторы, не обладает геометрической симметрией. Наличие такой симметрии необходимо для обеспечения обязательной симметрии электрических характеристик относительно портов фильтра.Known microstrip bandpass filter on stud resonators with a jump in wave impedance (figure 1) [B.A. Belyaev, S.V. Butakov, N.V. Laletin, A.A. Lexikov, V.V. Tyurnev, O .N. Chesnokov. Selective properties of microstrip filters on irregular resonators // Radio engineering and electronics. 2004, T. 49, No. 11, S.1397-1406]. The filter contains a dielectric substrate, one side of which is completely metallized with a shielding layer, and on the other side are strip conductors forming electromagnetically coupled microstrip resonators. Strip conductors are once rolled in the form of a hairpin and contain a jump in width at one of the bends. The end of a narrow section of the strip conductor is closed to the screen. In this filter, in the formation of the passband, one oscillation mode is used from each resonator (Fig. 1). Therefore, the order of the filter is equal to the number of resonators. The disadvantage of the filter is the impossibility of its implementation with an odd number of resonators due to the fact that its central resonator, like the rest of the resonators, does not have geometric symmetry. The presence of such symmetry is necessary to ensure the required symmetry of the electrical characteristics with respect to the filter ports.

Наиболее близким аналогом является микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр на шпильковых резонаторах со скачком волнового сопротивления (фиг.2) [Патент RU №2182738, МКИ⁷ Н01Р 1/203, 1/205, бюл. №14 от 20.05.2002 (прототип)]. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована экранирующим слоем, а на другой стороне параллельно расположены полосковые проводники, образующие электромагнитно связанные микрополосковые резонаторы. Полосковые проводники однократно свернуты в форме шпильки и содержат скачок ширины на одном из изгибов. Конец широкого участка полоскового проводника замкнут на экран (фиг.2). Такие полосковые проводники работают в фильтре как двухмодовые резонаторы, что повышает селективные свойства фильтра. Поэтому порядок фильтра равен удвоенному числу резонаторов.The closest analogue is a microstrip broadband pass-pass filter on stud resonators with a jump in wave impedance (Fig.2) [Patent RU No. 2182738, MKI ⁷ Н01Р 1/203, 1/205, bull. No. 14 dated 05/20/2002 (prototype)]. The filter contains a dielectric substrate, one side of which is completely metallized with a shielding layer, and on the other side are strip conductors forming electromagnetically coupled microstrip resonators. Strip conductors are once folded in the form of a hairpin and contain a jump in width at one of the bends. The end of a wide section of the strip conductor is closed to the screen (figure 2). Such strip conductors operate in the filter as dual-mode resonators, which increases the selective properties of the filter. Therefore, the order of the filter is equal to twice the number of resonators.

Недостатком фильтра является невозможность его реализации при нечетном числе резонаторов из-за того, что его центральный резонатор, как и остальные резонаторы, не обладает геометрической симметрией. Наличие такой симметрии необходимо для обеспечения обязательной симметрии электрических характеристик относительно портов фильтра.The disadvantage of the filter is the impossibility of its implementation with an odd number of resonators due to the fact that its central resonator, like the rest of the resonators, does not have geometric symmetry. The presence of such symmetry is necessary to ensure the required symmetry of the electrical characteristics with respect to the filter ports.

Техническим результатом изобретения является возможность реализации фильтра на двухмодовых резонаторах при нечетном числе резонаторов.The technical result of the invention is the possibility of implementing a filter on two-mode resonators with an odd number of resonators.

Указанный технический результат достигается тем, что в микрополосковом широкополосном полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована экранирующим слоем, а на другой стороне параллельно расположены электромагнитно связанные свернутые полосковые проводники со скачками ширины на изгибе и замкнутыми на экран концами, новым является то, что центральный полосковый проводник дважды свернут, оба его конца замкнуты на экран, и его центральный участок симметрично расположен между крайними участками.The indicated technical result is achieved in that in a microstrip broadband bandpass filter containing a dielectric substrate, one side of which is completely metallized by a shielding layer, and on the other side are electromagnetically connected rolled strip conductors with jumps in width at the bend and ends closed to the screen, new is that the central strip conductor is double-folded, both ends are closed to the screen, and its central portion is symmetrically located between the extreme sections.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что полосковый проводник центрального резонатора дважды свернут, оба его конца замкнуты на экран, и его центральный участок симметрично расположен между крайними участками. Благодаря этому микрополосковый фильтр на двухмодовых резонаторах становится симметричным и потому реализуемым при нечетном числе резонаторов.The difference of the claimed device from the closest analogue is that the strip conductor of the central resonator is double-folded, both ends are closed to the screen, and its central section is symmetrically located between the extreme sections. Due to this, the microstrip filter on two-mode resonators becomes symmetrical and therefore can be realized with an odd number of resonators.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».Thus, the above characteristics that are distinctive from the prototype allow us to conclude that the claimed 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».Signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype are not identified in other technical solutions and, therefore, provide the claimed solution with the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов:The invention is illustrated using graphic materials:

На фиг.1 изображен известный микрополосковый полосно-пропускающий фильтр на свернутых одномодовых резонаторах со скачком волнового сопротивления.Figure 1 shows a well-known microstrip bandpass filter on rolled single-mode resonators with a jump in wave impedance.

На фиг.2 изображен наиболее близкий аналог изобретения.Figure 2 shows the closest analogue of the invention.

На фиг.3 изображен пример осуществления заявляемого фильтра, где 1 - диэлектрическая подложка, 2 - полосковые проводники, 3 - порт.Figure 3 shows an example implementation of the inventive filter, where 1 is a dielectric substrate, 2 is strip conductors, 3 is a port.

На фиг.4 изображена амплитудно-частотная характеристика для конкретного примера реализации фильтра.Figure 4 shows the frequency response for a specific implementation example of a filter.

Полосно-пропускающий фильтр (фиг.3) содержит диэлектрическую подложку (1), одна сторона которой полностью металлизирована экранирующим слоем, а на другой стороне параллельно расположены свернутые полосковые проводники со скачками ширины на изгибе и с замкнутыми на экран широкими концами, образующие электромагнитно связанные микрополосковые резонаторы (2). Центральный полосковый проводник дважды свернут так, что его узкий участок симметрично расположен между широкими участками. Два крайних полосковых проводника кондуктивно связаны с входным и выходным портом (3).The band-pass filter (Fig. 3) contains a dielectric substrate (1), one side of which is completely metallized with a shielding layer, and on the other side are rolled strip conductors with jumps in width at the bend and with wide ends closed to the screen, forming electromagnetically coupled microstrip resonators (2). The central strip conductor is double-rolled so that its narrow section is symmetrically located between the wide sections. The two extreme strip conductors are conductively connected to the input and output ports (3).

Фильтр работает следующим образом. Сигнал подается на один из портов фильтра. Благодаря увеличению амплитуды электромагнитных возбуждений в микрополосковых резонаторах на частотах связанных колебаний он передается с малыми потерями в полосе пропускания во второй порт. На других частотах сигнал претерпевает сильное отражение от входного порта. Скачки ширины и сворачивания полосковых проводников сближают резонансные частоты первых двух мод колебаний, превращая микрополосковые резонаторы в двухмодовые. Это удваивает порядок фильтра, повышая его селективные свойства.The filter works as follows. The signal is applied to one of the filter ports. Due to the increase in the amplitude of electromagnetic excitations in microstrip resonators at the frequencies of coupled oscillations, it is transmitted with small losses in the passband to the second port. At other frequencies, the signal undergoes a strong reflection from the input port. The jumps in the width and folding of the strip conductors bring together the resonance frequencies of the first two vibration modes, turning the microstrip resonators into two-mode ones. This doubles the order of the filter, increasing its selective properties.

На фиг.3 приведен пример выполнения фильтра. Фильтр содержит три свернутых двухмодовых микрополосковых резонатора со скачком волнового сопротивления, электромагнитно связанных между собой. Полосковые проводники двух крайних резонаторов идентичны. Они однократно свернуты и имеют по одному скачку ширины. Их широкие концы замкнуты на экран. Проводники входного и выходного портов фильтра кондуктивно подключены к узким участкам проводников крайних резонаторов.Figure 3 shows an example of a filter. The filter contains three folded two-mode microstrip resonators with a jump in wave impedance, electromagnetically coupled to each other. The strip conductors of the two extreme resonators are identical. They are folded once and have one jump in width. Their wide ends are closed to the screen. The conductors of the input and output ports of the filter are conductively connected to narrow sections of the conductors of the extreme resonators.

Полосковый проводник центрального микрополоскового резонатора дважды свернут, и имеет два скачка ширины. Его центральный участок симметрично расположен между двумя крайними участками. Оба конца резонатора замкнуты на экран.The strip conductor of the central microstrip resonator is twisted twice, and has two jumps in width. Its central section is symmetrically located between the two extreme sections. Both ends of the resonator are closed to the screen.

На фиг.4 приведена амплитудно-частотная характеристика для микрополоскового фильтра с центральной частотой полосы пропускания 0.5 ГГц, относительной шириной 91% по относительному уровню -3 дБ и максимальным уровнем отражений в полосе пропускания -14 дБ, выполненного на подложке размерами 23.75×5.95×1мм³ с диэлектрической проницаемостью 80. Пропорции размеров проводников отражены на фиг.3.Figure 4 shows the amplitude-frequency characteristic for a microstrip filter with a central frequency bandwidth of 0.5 GHz, a relative width of 91% at a relative level of -3 dB and a maximum level of reflection in the passband of -14 dB, made on a substrate with dimensions of 23.75 × 5.95 × 1 mm ³ with a dielectric constant of 80. The proportions of the dimensions of the conductors are shown in figure 3.

Достоинствами данной конструкции фильтра являются его малые размеры, широкая полоса пропускания, высокие потери в полосе заграждения, а также хорошая точность расчета его характеристик с использованием одномерных моделей конструкции, что позволяет осуществлять высокоскоростной синтез.The advantages of this filter design are its small size, wide passband, high losses in the obstacle, as well as good accuracy in calculating its characteristics using one-dimensional design models, which allows for high-speed synthesis.

Claims (1)

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована экранирующим слоем, а на другой стороне параллельно расположены электромагнитно связанные свернутые полосковые проводники со скачками ширины на изгибе и замкнутыми на экран концами, отличающийся тем, что центральный полосковый проводник дважды свернут, оба его конца замкнуты на экран, и его центральный участок симметрично расположен между крайними участками. A microstrip broadband bandpass filter containing a dielectric substrate, one side of which is completely metallized with a shielding layer, and on the other side are electromagnetically connected rolled strip conductors with jumps in width at the bend and ends closed to the screen, characterized in that the central strip conductor is double-rolled , both ends are closed to the screen, and its central section is symmetrically located between the extreme sections.

Images