RU2748864C1 - Microstrip bandpass filter - Google Patents

Microstrip bandpass filter Download PDF

Info

Publication number
RU2748864C1
RU2748864C1 RU2020120766A RU2020120766A RU2748864C1 RU 2748864 C1 RU2748864 C1 RU 2748864C1 RU 2020120766 A RU2020120766 A RU 2020120766A RU 2020120766 A RU2020120766 A RU 2020120766A RU 2748864 C1 RU2748864 C1 RU 2748864C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
frequency
narrow
conductor
bandpass filter
Prior art date
Application number
RU2020120766A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Афанасьевич Беляев
Сергей Александрович Ходенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Priority to RU2020120766A priority Critical patent/RU2748864C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748864C1 publication Critical patent/RU2748864C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.SUBSTANCE: invention relates to the super high frequency technology and can be used in selective paths of receiving and transmitting systems. A microstrip bandpass filter containing a substrate with a preset relative dielectric permittivity and thickness, wherein a metal screen is made on the one side of the substrate and a rolled irregular strip conductor is located on the opposite side of the substrate, wherein wide and narrow sections of the conductor are interconnected in series. Narrow additional sections grounded by the free end to the base are located on two opposite edges of the substrate and are orthogonally conjoined with narrow sections of the conductor in the middle, configured to form a pair of attenuation poles on both sides of the passband on the rectangular amplitude frequency response of the filter.EFFECT: improved frequency selective properties of a microstrip bandpass filter due to increased steepness of the high-frequency slope of the passband, expanded high-frequency attenuation band and reduced dimensions of the structure.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем.The invention relates to microwave technology and can be used in selective paths of receiving and transmitting systems.

Известен микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр (Патент на изобретение РФ №2675206, Н01Р 1/203), содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземленное основание, а на вторую сторону нанесены полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, при этом проводники резонаторов выполнены нерегулярными, а участки полосковых проводников наружных резонаторов от разомкнутого конца до точки их кондуктивного соединения с дополнительными проводниками расположены ортогонально проводникам внутренних резонаторов.Known microstrip broadband bandpass filter (RF Patent No. 2675206, H01R 1/203), containing a dielectric substrate, on one side of which a grounded base is applied, and on the other side there are strip conductors of resonators connected electromagnetically and conductively, and additional strip conductors, the sides of which are connected to adjacent resonators, wherein the resonator conductors are made irregular, and the sections of the strip conductors of the external resonators from the open end to the point of their conductive connection with additional conductors are located orthogonal to the conductors of the internal resonators.

Недостатком описанного микрополоскового широкополосного полосно-пропускающего фильтра являются его относительно невысокие частотно-селективные свойства, а в частности узкая высокочастотная полоса заграждения.The disadvantage of the described microstrip broadband bandpass filter is its relatively low frequency-selective properties, and in particular a narrow high-frequency stopband.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковый фильтр нижних частот (Патент на изобретение РФ №2677103, Н01Р 1/203), содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, образуя пять параллельных рядов, причем в смежных рядах широкие отрезки расположены напротив узких.The closest in terms of the set of essential features is a microstrip low-pass filter (Patent for invention of the Russian Federation No. 2677103, H01R 1/203), containing a substrate with a relative dielectric constant ε and thickness d, on one side of which a metal screen is made, and on the opposite side of the substrate there is an irregular striped conductor rolled in the shape of a meander, wide and narrow sections of which are connected to each other in cascade, forming five parallel rows, and in adjacent rows, wide sections are located opposite narrow ones.

Отличие частотно-селективных свойств описанного микрополоскового фильтра нижних частот от заявляемого микрополоскового полосно-пропускающего фильтра заключается в прохождении мощности на низких частотах. Недостатком микрополоскового фильтра нижних частот является относительно невысокие его частотно-селективные свойства, а также его сравнительно большие размеры.The difference between the frequency-selective properties of the described microstrip low-pass filter from the inventive microstrip band-pass filter lies in the transmission of power at low frequencies. The disadvantage of a microstrip low-pass filter is its relatively low frequency-selective properties, as well as its relatively large size.

Задачей изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового полосно-пропускающего фильтра за счет повышения крутизны высокочастотного склона полосы пропускания, расширения высокочастотной полосы заграждения, а также уменьшения размеров конструкции.The objective of the invention is to improve the frequency-selective properties of the microstrip bandpass filter by increasing the steepness of the high-frequency slope of the passband, expanding the high-frequency stopband, as well as reducing the size of the structure.

Указанная задача достигается тем, что в микрополосковом полосно-пропускающем фильтре, содержащем подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, согласно техническому решению, узкие дополнительные отрезки заземлены свободным концом на основание, расположены на двух противоположных краях подложки и ортогонально состыкованы с аналогичными отрезками проводника посередине, с возможностью формирования на прямоугольной амплитудно-частотной характеристике фильтра пары полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания.This task is achieved by the fact that in a microstrip band-pass filter containing a substrate with a relative permittivity ε and a thickness d, on one side of which a metal screen is made, and on the opposite side of the substrate there is a rolled irregular strip conductor, wide and narrow sections of which are connected to each other with the other, in cascade, according to the technical solution, narrow additional segments are grounded by the free end to the base, located on two opposite edges of the substrate and orthogonally docked with similar conductor segments in the middle, with the possibility of forming a pair of attenuation poles on both sides of the strip on the rectangular frequency response of the filter transmission.

Техническим результатом изобретения является улучшение частотно-селективных свойств микрополоскового полосно-пропускающего фильтра и его миниатюризация, что достигается определенным расположением узких отрезков полоскового проводника, заземленных с одного конца на основание.The technical result of the invention is to improve the frequency-selective properties of the microstrip band-pass filter and its miniaturization, which is achieved by a certain arrangement of narrow sections of the strip conductor, grounded from one end to the base.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг. 1 - устройство микрополоскового полосно-пропускающего фильтра, Фиг. 2 - его амплитудно-частотная характеристика (частотная зависимость коэффициентов передачи S21, S11).The invention is illustrated by drawings: FIG. 1 is a microstrip bandpass filter device, FIG. 2 - its amplitude-frequency characteristic (frequency dependence of the transmission coefficients S 21 , S 11 ).

Заявляемый микрополосковый полосно-пропускающий фильтр (Фиг. 1), реализован на подложке (1) с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран (2), а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие (3, 5, 7, 9) и узкие (4, 6, 8, 10) отрезки которого соединены друг с другом каскадно и расположены в два горизонтальных ряда. Каждый узкий отрезок (4), (6), (8) и (10) полоскового проводника ортогонально состыкован с узким дополнительным отрезком проводника (77), (72), (73) (14) посередине, соответственно. Все дополнительные отрезки заземлены свободным концом на основание. На широких отрезках (3) полоскового проводника расположены «вход» и «выход» микрополоскового полосно-пропускающего фильтра.The inventive microstrip bandpass filter (Fig. 1) is implemented on a substrate (1) with a relative permittivity ε and a thickness d, on one side of which a metal screen (2) is made, and on the opposite side of the substrate there is a rolled irregular strip conductor, wide (3, 5, 7, 9) and narrow (4, 6, 8, 10) segments of which are connected to each other in cascade and are located in two horizontal rows. Each narrow section (4), (6), (8) and (10) of the strip conductor is orthogonally docked with a narrow additional section of the conductor (77), (72), (73) (14) in the middle, respectively. All additional sections are grounded at the free end to the base. On the wide sections (3) of the strip conductor are the "in" and "out" of the microstrip bandpass filter.

Разберем принцип действия заявляемого фильтра. Расположенные (Фиг. 1) на подложке (1) с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, широкие и узкие отрезки (3)-(14) полоскового проводника, при подаче на «вход» конструкции электромагнитного сигнала выполняют функцию микрополосковых много-модовых резонаторов каскадно-соединенных друг с другом, прошедший сигнал снимается с «выхода» конструкции. Порядок полосно-пропускающего фильтра (восьмой) совпадает с числом широких отрезков (пары (3), (5), (7), (9)) полоскового проводника в конструкции.Let's analyze the principle of operation of the proposed filter. Located (Fig. 1) on a substrate (1) with a dielectric constant ε and a thickness d, wide and narrow sections (3) - (14) of a strip conductor, when fed to the "input" of the structure of an electromagnetic signal, perform the function of microstrip multi-mode resonators in cascade - connected to each other, the transmitted signal is removed from the "output" of the structure. The order of the bandpass filter (eighth) is the same as the number of wide sections (pairs (3), (5), (7), (9)) of the strip conductor in the structure.

За счет отрезков (11)-(14) полоскового проводника, заземленных свободным концом на основание, на амплитудно-частотной характеристике фильтра на низких частотах наблюдается сильное подавление мощности (Фиг. 2). При этом крутизна склонов полосы пропускания фильтра и подавление мощности в полосах заграждения растет пропорционально увеличению в конструкции числа резонаторов, расположенных в двух горизонтальных рядах.Due to the sections (11) - (14) of the strip conductor, grounded by the free end to the base, a strong suppression of power is observed on the frequency response of the filter at low frequencies (Fig. 2). In this case, the steepness of the slopes of the filter passband and the suppression of the power in the stopbands increase in proportion to the increase in the number of resonators in the design, located in two horizontal rows.

Преимуществом такой конструкции является возможность реализовать полосу пропускания фильтра с относительной шириной Δƒ/ƒ0 от 30% до 100%. При этом увеличение длины и ширины узких отрезков (11)-(14), заземленных на основание, сопровождается монотонным расширением полосы пропускания, уменьшение их длины и ширины, соответственно, наоборот, сужением полосы пропускания.The advantage of this design is the ability to realize a filter bandwidth with a relative width Δƒ / ƒ 0 from 30% to 100%. At the same time, an increase in the length and width of narrow segments (11) - (14), grounded to the base, is accompanied by a monotonic expansion of the bandwidth, a decrease in their length and width, respectively, on the contrary, by a narrowing of the bandwidth.

Пример выполнения микрополоскового полосно-пропускающего фильтра (Фиг. 1). В конструкции была использована монолитная подложка размерами 34.9×18.9 мм2 из материала - поликор с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной d=1 мм. Отступы от левого края подложки до отрезков (3) полоскового проводника равны толщине подложки d. Габариты такого фильтра примерно на 30% меньше габаритов фильтра-прототипа.An example of the implementation of a microstrip bandpass filter (Fig. 1). The design used a monolithic substrate 34.9 × 18.9 mm 2 made of a polycor material with a dielectric constant ε = 9.8 and a thickness d = 1 mm. The indents from the left edge of the substrate to the sections (3) of the strip conductor are equal to the substrate thickness d. The dimensions of such a filter are about 30% less than the dimensions of the prototype filter.

Центральная частота полосы пропускания фильтра f0≈2.17 ГГц, а относительная ширина его полосы пропускания Δƒ/ƒ0 ≈ 30%, где Δƒ - ширина полосы пропускания по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь Lmin ≈ -1.2 дБ (Фиг. 2). У конструкции наблюдается расширенная высокочастотная полоса заграждения - по уровню -30 дБ до частоты 5.8 ГГц, что примерно на 200 МГц протяженнее, чем у фильтра-прототипа. Кроме того, по обе стороны полосы пропускания на амплитудно-частотной характеристике фильтра наблюдаются по два полюса затухания, расположенных вблизи последней, поэтому он имеет более прямоугольную амплитудно-частотную характеристику по сравнению с характеристикой фильтра-прототипа.The center frequency of the filter passband is f 0 ≈2.17 GHz, and the relative bandwidth of the filter is Δƒ / ƒ 0 ≈ 30%, where Δƒ is the bandwidth at the level of -3 dB from the level of minimum losses L min ≈ -1.2 dB (Fig. 2 ). The design has an extended high-frequency stopband - at a level of -30 dB to 5.8 GHz, which is about 200 MHz longer than the prototype filter. In addition, on both sides of the passband on the frequency response of the filter, two poles of attenuation are observed, located near the latter, therefore it has a more rectangular frequency response compared to the characteristic of the prototype filter.

Конструктивные параметры заявляемого микрополоскового фильтра с относительной шириной полосы пропускания Δƒ/ƒ0 ≈ 30%, определим через размеры отрезков полосковых проводников - (3): 6.05×6.03 мм2, (4): 1.30×0.30 мм2, (5): 7.80×8.45 мм2, (6): 1.60×0.30 мм2, (7): 7.65×8.30 мм2, (8): 1.85×0.30 мм2, (9): 7.35×7.70 мм2, (10): 0.40×3.30 мм2, (77): 0.50×1.20 мм2, (72): 0.55×1.20 мм2, (13): 0.55×1.10 мм2, (14): 1.85×0.70 мм2. Смещение отрезков проводника (3), (5), (7), (9) относительно верхнего (нижнего) края подложки - 0.09 мм, 0.10 мм, 0.10 мм, 0.10 мм, соответственно. Смещение отрезка проводника (9) относительно правого края подложки - 0.30 мм.The design parameters of the inventive microstrip filter with a relative bandwidth Δƒ / ƒ 0 ≈ 30% are determined through the dimensions of the strip conductor segments - (3): 6.05 × 6.03 mm 2 , (4): 1.30 × 0.30 mm 2 , (5): 7.80 × 8.45 mm 2 , (6): 1.60 × 0.30 mm 2 , (7): 7.65 × 8.30 mm 2 , (8): 1.85 × 0.30 mm 2 , (9): 7.35 × 7.70 mm 2 , (10): 0.40 × 3.30 mm 2 , (77): 0.50 × 1.20 mm 2 , (72): 0.55 × 1.20 mm 2 , (13): 0.55 × 1.10 mm 2 , (14): 1.85 × 0.70 mm 2 . The displacement of the conductor segments (3), (5), (7), (9) relative to the upper (lower) edge of the substrate is 0.09 mm, 0.10 mm, 0.10 mm, 0.10 mm, respectively. The offset of the conductor segment (9) relative to the right edge of the substrate is 0.30 mm.

Таким образом, по сравнению с фильтром-прототипом заявляемый микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр, за счет заявляемого расположения заземленных отрезков полоскового проводника, миниатюрнее на 30%, имеет на 200МГц протяжение высокочастотную полосу заграждения, обладает более прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой с сильным подавлением мощности на низких частотах. Кроме того, относительная ширина полосы пропускания конструкции варьируется в широких пределах от 30% до 100%, что позволяет реализовать фильтры со сверхширокими полосами пропускания.Thus, in comparison with the prototype filter, the inventive microstrip broadband bandpass filter, due to the inventive arrangement of grounded stripe conductor segments, is smaller by 30%, has a high-frequency barrage at 200 MHz, has a more rectangular frequency response with strong power suppression at low frequencies. In addition, the relative bandwidth of the design varies widely from 30% to 100%, allowing for ultra-wide bandwidth filters.

Claims (1)

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр, содержащий подложку с относительной диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d, с одной стороны которой выполнен металлический экран, а на противоположной стороне подложки расположен свернутый нерегулярный полосковый проводник, широкие и узкие отрезки которого соединены друг с другом каскадно, отличающийся тем, что узкие дополнительные отрезки, заземленные свободным концом на основание, расположены на двух противоположных краях подложки и ортогонально состыкованы с узкими отрезками проводника посередине, с возможностью формирования на прямоугольной амплитудно-частотной характеристике фильтра пары полюсов затухания по обе стороны от полосы пропускания.A microstrip bandpass filter containing a substrate with a relative permittivity ε and a thickness d, on one side of which a metal screen is made, and on the opposite side of the substrate there is a rolled irregular strip conductor, wide and narrow sections of which are connected to each other in a cascade, characterized in that that narrow additional segments, grounded by the free end to the base, are located on two opposite edges of the substrate and orthogonally docked with narrow conductor segments in the middle, with the possibility of forming a pair of attenuation poles on both sides of the passband on the rectangular frequency response of the filter.
RU2020120766A 2020-06-16 2020-06-16 Microstrip bandpass filter RU2748864C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120766A RU2748864C1 (en) 2020-06-16 2020-06-16 Microstrip bandpass filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120766A RU2748864C1 (en) 2020-06-16 2020-06-16 Microstrip bandpass filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748864C1 true RU2748864C1 (en) 2021-06-01

Family

ID=76301605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120766A RU2748864C1 (en) 2020-06-16 2020-06-16 Microstrip bandpass filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748864C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781040C1 (en) * 2021-12-27 2022-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Microwave filter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1054849A1 (en) * 1982-05-28 1983-11-15 Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича Band filter
SU1261032A1 (en) * 1985-05-29 1986-09-30 Предприятие П/Я М-5864 Microstrip bandrass filter
WO2001084663A1 (en) * 2000-05-03 2001-11-08 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Microwave device using photonic band gap structure
RU2675206C1 (en) * 2018-02-07 2018-12-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Microstrip broadband band-pass filter
RU2677103C1 (en) * 2017-12-18 2019-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Microstrip low-pass filter
EP3439110A1 (en) * 2016-08-09 2019-02-06 Tongyu Communication Inc. Filter feed network and base-station antenna

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1054849A1 (en) * 1982-05-28 1983-11-15 Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича Band filter
SU1261032A1 (en) * 1985-05-29 1986-09-30 Предприятие П/Я М-5864 Microstrip bandrass filter
WO2001084663A1 (en) * 2000-05-03 2001-11-08 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Microwave device using photonic band gap structure
EP3439110A1 (en) * 2016-08-09 2019-02-06 Tongyu Communication Inc. Filter feed network and base-station antenna
RU2677103C1 (en) * 2017-12-18 2019-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Microstrip low-pass filter
RU2675206C1 (en) * 2018-02-07 2018-12-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Microstrip broadband band-pass filter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781040C1 (en) * 2021-12-27 2022-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Microwave filter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2715358C1 (en) High-selective high-pass strip filter
Bharathi et al. Design and analysis of interdigital microstrip bandpass filter for centre frequency 2.4 GHz
RU2528148C1 (en) Bandpass microwave filter
CN110729538B (en) Miniaturized ultra wide band-pass filter with reconfigurable trapped wave band
RU2748864C1 (en) Microstrip bandpass filter
RU2626224C1 (en) Broadband stripline filter
RU2675206C1 (en) Microstrip broadband band-pass filter
RU97867U1 (en) MICRO-STRIP BAND FILTER
CN109687068B (en) Broadband SIGW band-pass filter
RU2607303C1 (en) Microstrip bandpass filter
RU2590313C1 (en) Strip harmonic filter
RU2730395C1 (en) Microstrip ultra-broadband filter
RU2697891C1 (en) Microstrip diplexer
Hayati et al. Microstrip Lowpass Filter with Very SharpTransition Band Using T‐Shaped, Patch, and Stepped Impedance Resonators
RU2781040C1 (en) Microwave filter
Lee et al. MMR-based band-notched UWB bandpass filter design
CN210111008U (en) Novel SIGW broadband band-pass filter
RU2807984C1 (en) Microstrip diplexer
RU2743007C1 (en) Microstrip bandpass filter and device comprising microstrip bandpass filter
RU2710386C2 (en) Miniature bandpass filter
RU2785067C1 (en) Uhf filter of upper frequencies
Leksikov et al. A method of stopband widening in BPF based on two-conductor suspended-substrate resonators
CN111029691A (en) Surface plasmon band elimination filter with tunable center frequency
RU2672821C1 (en) Band pass filter
JP2006253877A (en) High-frequency filter