Схема фільтра для ослаблення вибраних частин частотних складаючих сигналу, що подається на неї

1. Схема фильтра для ослабления выбранных частей частотных составляющих подаваемого на нее сигнала, установленная на печатной плате, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что содержит индуктивно-емкостную схему с, по меньшей мере, одной катушкой индуктивности и, по меньшей мере, одним конденсатором, в которой одна катушка индуктивности образована соответственно из первой и второй частей, причем первая часть катушки индуктивности состоит из дискретной индуктивной составляющей, размещенной на печатной плате, а вторая часть катушки индуктивности состоит из распределенной индуктивной составляющей, образованной частью полосковой линии, размещенной внутри печатной платы, и микрополосковой частью, размещенной на поверхности печатной платы, и в которой один конденсатор образован соответственно из первой и второй частей, причем первая часть конденсатора состоит из дискретной емкостной составляющей, размещенной на печатной плате, а вторая часть конденсатора состоит из распределенной емкостной составляющей, образованной частью полосковой линии, размещенной внутри печатной платы, и микрополосковой частью, размещенной на поверхности печатной платы. 2. Схема фильтра по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что распределенная индуктивная составляющая катушки индуктивности дополнительно содержит межспойный переход для соединения микрополосковой части и части полосковой линии распределенной индуктивной составляющей. 3. Схема фильтра по п. 1 или 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что индуктивноемкостная схема содержит, по меньшей мере, два разнесенных конденсатора, соединенных между собой катушкой индуктивности, при этом соединение между двумя разнесенными конденсаторами регулируется соответствующим выбором длины распределенной индуктивной составляющей, содержащей вторую часть катушки индуктивности. 4. Схема фильтра по любому из пп. 1-3, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что часть полосковой линии, содержащая распределенную емкостную составляющую/состоит из, по меньшей мере, двух сегментов полосковой линии заранее заданных размеров. 5. Схема фильтра по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что распределенная емкостная составляющая одного конденсатора дополнительно содержит межслойный переход для соединения микрополосковой части и части полосковой линии распределенной емкостной составляющей. 6. Схема фильтра по п. 5, о т л ич а ю щ а я с я тем, что первая сторона дискретной емкостной составляющей, содержащая первую часть одного конденсатора, электрически соединена с микропо (21) (22) (24) (31) (32) (33) (86) (46) (56) 00 О о 26803 лосковой частью распределенной емкостной составляющей, содержащей вторую часть конденсатора. 7. Схема фильтра по п. 5 или 6, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что вторая сторона дискретной емкостной составляющей, содержащая первую часть одного конденсатора, связана с потенциалом земли. 8. Схема фильтра по любому из пп. 1-7, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что дискретная индуктивная составляющая, содержащая первую часть катушки индуктивности, содержит витую намотку. 9. Схема фильтра по п. ^ о т л и ч а ю щ а я с я тем, что дискретная емкостная составляющая, содержащая первую часть одного конденсатора, содержит плоский конденсатор, при этом пластины плоского конденсатора разделены диэлектрическим материалом. 10. Схема фильтра по любому из пп. 1-9, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что индуктивно-емкостная схема содержит многополюсный фильтр нижних частот, причем конденсаторы многополюсного фильтра нижних частот разнесены друг от друга катушками индуктивности, при этом длины распределенных индуктивных составляющих, содержащих вторые части катушек, определяются соединениями между смежными из разнесенных конденсаторов. ^ Изобретение относится в основном к структурам схемы фильтра, а более точно к схеме фильтра нижних частот для фильтрации высокочастотных гармонических составляющих РЧ* сигнала передатчика. Система связи способна передавать информацию (упоминается далее как "информационный сигнал") между двумя или более пунктами местности и состоит из передатчика и приемника, связываемых между собой каналом передачи. Информация передается от передатчика к приемнику по каналу передачи. Системой радиосвязи является система связи, в которой канал передачи включает радиочастотный канал, причем радиочастотный канал определяется диапазоном частот электромагнитного спектра. Передатчик, составляющий часть системы радиосвязи, имеет схемы для преобразования информационного сигнала, Который должен быть передан в форме, пригодной для передачи по радиочастотному каналу. К подобным схемам относятся схемы модуляции, которые участвуют в процессе, называемом модуляцией. В таком процессе информационный сигнал использует РЧ электромагнитную волну в качестве носителя информации. РЧ электромагнитная волна имеет частоту из диапазона частот, выделенного для радиочастотного канала, по которому информационный сигнал должен быть передан. Обычно РЧ электромагнитная волна упоминается как "сигнал несущей", и РЧ электромагнитная волна, только что промодулированная информационным сигна лом, обычно называется промодулированным сигналом. Известны различные способы модуляции для наложения информационного сигнала на сигнал несущей, чтобы получить промодулированный сигнал. Например, амплитудная, частотная и фазовая модуляции являются обычными способами модуляции, с помощью которых информационныи сигнал может быть наложен на волну несущей, чтобы получить промодулированный сигнал. Преимущество систем радиосвязи состоит в том, что между передатчиком и приемником не требуется внешнего физического межсоединения, как только информационный сигнал используется для модуляции, чтобы получить промодулированный сигнал, который может быть передан на большие расстояния. Сотовая система связи является одним из видов систем радиосвязи. Радиоприемопередатчики обычно называемые радиотелефонами, эксплуатируемые в таких сотовых системах связи, имеют схемы, допускающие одновременно излучение и прием модулированных сигналов тем самым реализуя двухстороннюю связь между радиотелефоном и удаленными дистанционно приемопередатчиками. Удаленные приемопередатчики, называемые "базовыми станциями", физически подключены к обычной телефонной сети, что обеспечивает связь между радиотелефоном и стационарным местоположением обычной телефонной сети. Сотовая система связи образуется размещением большого числа 5 10 15 20 25 30 35 26803 базовых станций, разнесенных друг от друга по всей территории географической области. В каждой базовой станции имеются схемы, чтобы принимать промодулированные сигналы, переданные ей од- 5 ним или несколькими радиотелефонами, и передавать промодулированные сигналы одному или нескольким радиотелефонам. Полоса частот из частотного спектра 10 электромагнитного излучения (в США выделен диапазон от 800 до 900 МГц) выделена для радиотелефонов на базе сотовой системы связи. Выделенный диапазон частот далее разделяется на мно- 15 жество каналов передачи с определенной шириной полосы частот. Модулированные сигналы, генерируемые радиотелефонами, передаются по выбранным каналам передачи определенной полосы частот, 20 выделенной для радиотелефонной связи. Аналогично модулированные сигналы, генерируемые базовыми станциями, также передаются по выбранным каналам передачи с такой же полосой частот. 25 В качестве побочного продукта процесса модуляции при образовании модулированного сигнала, появляются также гармоники полезного сигнала. Эти гармоники по существу дублируют полезный 30 сигнал, но имеют частоты, кратные частотам полезного сигнала. В результате на самом деле генерируемый модулированный сигнал включает спектральные составляющие не только нужных частот, но 35 также и частот, которые являются кратными частоте полезного сигнала. Например, радиотелефон, способный генерировать модулированный сигнал для обмена информацией по каналу переда- 40 чи, определенному в полосе частот, выделенной для такой связи, генерирует модулированный сигнал, который включает не только спектральные составляющие, образующие полезный сигнал (из частот, ~45 соответствующих частотам, определяющим канал передачи), но также и спектральные составляющие гармоник полезного сигнала. Спектральные составляющие гармоник могут иметь частоты вплоть до и 50 больше 10 ГГц. Передача таких спектральных составляющих может, конечно накладываться на модулированные сигналы, передаваемые на других более высоких частотах. 55 Соответственно радиотелефоны обычно включают схемы фильтра для ослабления передачи всех, кроме нужных спектральных составляющих модулированного сигнала. Набор керамических фильтров, содержащий схему элементов с распределенными параметрами, очень часто входит в схемы фильтра, с помощью которого предпринимают попытку ослабить передачу всех отмеченных спектральных составляющих модулированного сигнала кроме нужных спектральных составляющих. Однако, благодаря такой структуре набора керамических фильтров, спектральные составляющие модулированного сигнала, подаваемого на фильтр, из частот, соответствующих нечетным гармоникам частот полос пропускания подобного набора керамических фильтров (подобные полосы пропускания соответствуют, конечно, диапазону частот, включающего спектральные составляющие полезного сигнала) г не ослабляются. Следовательно, для того, чтобы исключить передачу нечетных гармоник модулированного сигнала, схемы передатчика радиотелефонов часто к тому же обеспечены фильтрами нижних частот, включенными последовательно с набором керамических фильтров. Фильтры нижних частот применяются для того, чтобы попытаться ослабить все спектральные сое-, тавляющие модулированного сигнала за пределом частот среза фильтров нижних частот. Во многих случаях фильтры нижних частот выполняются из элементов с сосредоточенными параметрами, т.е. дискретных элементов. Фильтры нижних частот из элементов с сосредоточенными параметрами лучше использовать для ослабления спектральных составляющих модулированного сигнала, подаваемого на фильтры, из частот вплоть до нескольких гигагерц {ГГц). Однако, паразитные явления, связанные с применением дискретных элементов, в таких элементах с сосредоточенными параметрами в фильтрах нижних частот ограничивают пользу от таких фильтров в ослаблении спектральных составляющих с частотами свыше нескольких гигагерц. Фактически на более высоких частотах паразитные явления приводят к такому ухудшению работы фильтров нижних частот, что они незначительно или вовсе не ослабляют высокочастотные спектральные составляющие модулированного сигнала, приложенного к фильтрам. Фильтры нижних частот, собранные из элементов с распределенными параметрами, т.е. элементов, составленных из линий передач, также очень часто используются, чтобы составить части схем передатчика радиотелефона. Такие структуры 26803 фильтров нижних частот (в противоположность фильтрам нижних частот из элементов с сосредоточенными параметрами) эффективно ослабляют высокочастотные спектральные составляющие модулированного сигнала, подаваемого на них. Однако габаритные размеры линий передач, образующих элементы структуры фильтра нижних частот, становятся доминирующим фактором, поскольку частота среза для заданного фильтра нижних частот уменьшается. Т.е. необходимые габаритные размеры линий передач, образующих элементы с распределенными параметрами таких фильтров нижних частот намного больше в том случае, когда нужная частота среза фильтра нижних частот уменьшается по частоте, например, при уменьшении частоты среза до 1 ГГц от 4 ГГц, необходимые габаритные размеры такого фильтра уменьшаются в значительной степени. Кроме того, фильтры, собранные из элементов с распределенными параметрами, фактически не ослабляют частоты, соответствующие нечетным гармоникам несущих частот полос пропускания фильтров (что также случается с набором керамических фильтров, как было отмечено ранее). Однако, когда индуктивные и емкостные номиналы компонентов таких фильтров, имеют достаточно большие значения, то частоты нечетных гармоник, которые не ослабляются, имеют такие большие значения, что наличие таких гармоник не вызывает больших проблем. Поскольку минимизация габаритных размеров является важной задачей проектирования в деле разработки портативных радиотелефонов (а также всех других конструкций радиотелефонов), то схема фильтра нижних частот, спроектированная только из элементов с распределенными параметрами и способная подавлять все из ненужных спектральных составляющих модулированного сигнала, имеет весьма большие габариты. Так как портативные радиотелефоны (а также радиотелефоны других конструкций) помещаются во все более миниатюрные корпуса, схемы таких радиотелефонов должны быть также уменьшенных габаритов. Повышенные требования к габаритам, предъявляемые к фильтру нижних частот из элементов с распределенными параметрами, когда частота среза понижается, могут стать серьезной задачей для разработчика. К тому же следует заметить, что для минимизации поверхности необходимой для изготовления схем, составленных из 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 элементов с распределенными параметрами, расположенных на поверхности печатной платы (элемент с распределенными параметрами, напечатанный на поверхности печатной платы, называется микрополосковой линией), такие элементы с распределенными параметрами могут располагаться под поверхностью печатной платы и, например, иметь средний слой трехслойной печатной платы (элемент с распределенными параметрами, расположенный под поверхностью печатной платы, называется полосковой линией передач). Элементы с распределенными параметрами, образующие микрополосковые линии передач, напечатанные на поверхности печатной платы, должны быть экранированы, чтобы исключить наложение создаваемых в них электромагнитных излучений на другие схемы радиотелефона. Элементы с распределенными параметрами, образующие полосковые линии передач, расположенные под поверхностью платы, в тоже самое время не требуют экранирования, но их нельзя настраивать после изготовления. Для того, чтобы ослабить все кроме полезных спектральных составляющих модулированного сигнала, генерируемых схемами передатчика некоторых конструкций радиотелефонов, в дополнение к ранее упомянутым фильтрам из керамических блоков, два или более фильтра нижних частот включаются покаскадно в последовательном порядке. Первый фильтр нижних частот, собранный из элементов с сосредоточенными параметрами, используется для подавления первой и низкочастотной группы спектральных составляющих модулированного сигнала, пропускаемого фильтром. А второй фильтр нижних частот, собранный из элементов с распределенными параметрами, используется для подавления спектральных составляющих модулированного сигнала, пропускаемого вторым фильтром, и высокочастотной группы спектральных составляющих. Поскольку подобное покаскаднее расположение фильтров исключает нежелательные спектральные составляющие из модулированного сигнала, то подобное покаскадное расположение приводит к дополнительным вносимым потерям передаваемого сигнала, а также к повышенным требованиям к габаритным размерам из-за структуры, состоящей из двух отдельных схем фильтра Следовательно, то, что требуется это такая структура фильтра, которая по 26803 давляет все части спектральных составляющих модулированного сигнала, за исключением полезных частей спектральных составляющих модулироЁанного сигнала, а также удовлетворяет требования к габаритам структуры фильтра. Задачей изобретения является создать структуру фильтра низких частот минимальных размеров, способную подавить части спектральных составляющих сигнала, подаваемого на фильтр, превышающих частоту среза фильтра. Объектом настоящего изобретения кроме того предпочтительно является схема фильтра радиотелефона для ослабления гармонических составляющих модулированного сигнала генерируемого радиотелефоном на частотах, превышающих частоту среза фильтра. Настоящее изобретение, кроме того, еще преимущественно помогает получить радиотелефон, способный генерировать модулированный сигнал, в котором гармонические, спектральные составляющие полезного модулированного сигнала не передаются. Поставленная задача решается предложенной схемой фильтра для ослабления выбранных частей частотных составляющих сигнала, подаваемого на фильтр. Схема фильтра состоит из индуктивноемкостной цепи, имеющей, по крайней мере, одну индуктивность и, по крайней мере, одну емкость. Эта индуктивность состоит из первой и второй частей. Первая часть одной индуктивности включает дискретный индуктивный компонент, а вторая часть индуктивности включает компонент распределенной индуктивности. Конденсатор состоит из первой и второй частей. Первая часть конденсатора включает дискретный конденсаторный компонент, а вторая часть конденсатора включает компонент распределенной емкости. На фиг. 1 изображено графическое представление модулированного сигнала, генерируемого передатчиком, например схемами передатчика радиотелефона, вычерченного как функция частоты; на фиг. 2 - графическое представление, подобное тому, которое приводится на фиг. 1, но иллюстрирующее модулированный сигнал, генерируемый передатчиком, в котором гармонические, спектральные составляющие модулированного сигнала были ослаблены схемами фильтра нижних частот; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема 5-полюсного фильтра, образующего фильтр нижних частот предпочтительно примера применения настоя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 щего изобретения; ча фиг. 4 - графическое представление, иллюстрирующее характеристики фильтра нижних частот, собранного из элементов с сосредоточенными параметрами, вычерченный как функция частоты; на фиг. 5 - графическое представление, иллюстрирующее соотношение между частотой среза фильтра нижних частот, собранного из элементов с распределенными параметрами, и протяженность, требуемую от компонентных элементов, составляющих фильтр, имеющих соответствующие частоты среза; на фиг. 6 - структурная блок-схема покаскадного расположения фильтров нижних частот, первый каскад которых собран из элементов с сосредоточенными параметрами, а второй каскад которого собран из элементов с распределенными параметрами; на фиг. 7А - схема индуктивности, образованной как частью с сосредоточенными параметрами, так и частью с распределенными параметрами; на фиг. 7В - схема емкости, составленная как из части с сосредоточенными параметрами, так и частью с распределенными параметрами; на фиг. 8 - частично принципиальная и частично блочная схема 5-, полюсного фильтра, аналогичного тому, который приведен на принципиальной электрической схеме фиг. 3, из предпочтительного примера применения настоящего изобретения; на фиг. 9 - частично принципиальная и частично блочная схема 5-полюсного фильтра, аналогичного тому, который приведен на фиг. 8, но из альтернативного примера применения настоящего изобретения; на фиг. 9А - модель 5-полюсного фильтра на фиг. 9; на фиг. 10 - часть печатной платы, на которой может быть собран фильтр фиг. 9, вид в плане; на фиг. 11 - часть печатной схемы на фиг. 9, разрез; на фиг. 12 структурная блок-схема радиотелефона, частью которого является схема фильтра из приведенного предпочтительного примера применения настоящего изобретения. На фиг. 1 показан модулированный сигнал, генерируемый передатчиком, схема которого образует часть радиотелефона или другого радиочастотного приемопередатчика. Ось абсцисс 106 проградуирована в единицах измерения частоты, например в мегагерцах, а ось ординат проградуирована в единицах измерения амплитуды, например в милливаттах (мВт) или децибелах (дБ или дБм). Форма колебания 118 вычерчивается в системе координат, ограниченной ося 11 26803 ми 106 и 112, и представляет собой типовой модулированный сигнал, генерируемый передатчиком в отсутствие или при наличии неадекватной фильтрации ненужных гармонических спектральных составляющих модулированного сигнала, генерируемого передатчиком. Как было упомянуто ранее, модулированный сигнал создается наложением информационного сигнала на сигнал несущей. Форма колебания 118, представляющая такой модулированный сигнал, получается после наложения информационного сигнала на сигнал несущий, имеющий частоту несущей fc, обозначенный ссылочным номером 124. Содержимое информации размещается внутри полосы частот, совпадающих или близких к частоте несущей 124 модулированного сигнала. Этот диапазон частот называется спектром модуляции и показан на фиг. 1, частью импульса 118А, которая отмечена стрелкой 130. Во время модуляции информационного сигнала, когда получается модулированный сигнал, гармоники полезного сигнала (показанные частью импульса 118А), имеющего спектральные составляющие, кратные на частоте спектральным составляющим полезного сигнала, также генерируются. Гармоники представлены на фиг. 1 частями импульсов 118В и 118С импульса 118. Гармоники, представленные частью импульса 118В, состоят из спектральных составляющих, имеющих несущую частоту fh1, обозначенную ссылочным номером 136, а гармоники, представленные частью импульса 118С, состоят из спектральных составляющих, имеющих частоту несущей f hz , обозначенную ссылочным номером 142. Несмотря на то, что это не показано на фиг. 1, дополнительные гармоники, составленные из спектральных составляющих с большей кратностью частоте несущей 124, также генерируются во время наложения информационного сигнала на сигнал несущей. Так как генерация этих гармоник может накладываться на другие модулированные сигналы, имеющие частоты, соответствующие частотам спектральных составляющих гармоник (представленных на фиг. 1 частями импульсов 118В и 118С), то целесообразна фильтрация гармоник, чтобы исключить их передачу и, возможное последующее наложение на другие модулированные сигналы. Кривая 148, изображенная пунктирной линией, соответствует характеристике фильтра нижних частот. Фильтр нижних 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 12 частот используется для того, чтобы ослабить спектральные составляющие модулированного сигнала, подаваемого на фильтр, имеющего частоты, превышающие частоту среза фильтра нижних частот, и в данном случае фильтр нижних частот имеет частоту среза, которая больше, чем максимальная частота спектра модуляции, включающего часть импульса 118А. На фиг. 2 изображено графическое представление модулированного сигнала, у которого нет гармонических спектральных составляющих, относящихся к некоторой части сигнала. Такой ситал идеально передается передатчиком, например передающей частью радиотелефона или другими радиоприемопередатчиками. Подобно осям абсцисс и ординат 106 и 112 на фиг. 1, оси 156 и 162 масштабируются в единицах измерения частоты и амплитуды соответственно. Сигнал 168 включает только часть сигнала 168А. Сигнал 168 соответствует модулированному сигналу после прохода фильтра нижних частот, имеющего характеристики фильтра, подобные характеристикам фильтра, соответствующих кривой 148 фиг. 1. Содержимое информации модулированного сигнала захватывается частью сигнала 168А, а гармоники полезного промодулированного сигнала подавляются и не являются на деле некоторой частью модулированного сигнала, передаваемого передатчиком. Поскольку гармоники ослабляются и не передаются, то модулированный сигнал, передаваемый передатчиком, фактически не интерферирует с остальными модулированными сигналами, генерируемыми на частотах гармоник. Однако как было отмечено раньше, известные схемы фильтра нижних частот либо неадекватно фильтруют гармоники более высоких частот, либо имеют большие габаритные размеры. На фиг. 3 показана индуктивно-емкостная схема, обозначенная в целом позицией 200. Схема 200 образует 5-полюсный фильтр нижних частот, который может быть спроектирован согласно требованиям настоящего изобретения. Несмотря на то, что последующие описания предпочтительных примеров воплощения изобретения касаются 5-полюсных фильтров нижних частот, следует понимать, что содержимое настоящего изобретения может быть подобным способом использовано, чтобы получить фильтры с множеством различных структурСхема 200, образующая 5-полюсный фильтр, состоит из трех конденсаторов m 13 26803 202, 220 и 240, каждый из которых имеет обкладку, обычно подключенную к точке с нулевым потенциалом. Вторые обкладки конденсаторов 202 и 220 соединены через индуктивность 260, а вторые обкладки конденсаторов 220 и 240 соединены через индуктивность 280. Импедансные элементы 292 и 296 также приводятся на принципиальной схеме и соответствуют входному и выходному полному сопротивлениям соответственно. Как известно емкостные номиналы конденсаторов 202, 220 и 240 индуктивные номиналы индуктивностей 260, 280 выбираются соответственно номиналам входного и выходного полных сопротивлений, а нужная частота среза фильтра 200 определяется комбинацией L-C. Как отмечено раньше, элементы схемы, образующие схему фильтра, например схему 200, могут быть составлены из элементов с сосредоточенными параметрами, т.е. из дискретных элементов. Однако характеристики фильтра нижних частот, собранного из подобных элементов, неравнозначно подавляют спектральные составляющие частот свыше несколько гигагерц сигнала, подаваемого на такой фильтр. На фиг. 4 графически представлены характеристики фильтра нижних частот, аналогичного схеме 200 на фиг. 3, когда схемные элементы, образующие фильтр, составлены из элементов с сосредоточенными параметрами. Ось абсцисс 306 масштабируется в единицах измерения частоты, в данном случае в мегагерцах, а ось ординат 312 масштабируется в единицах измерения амплитуды, например в милливаттах (мВт) или децибелах (дБ или дБд). Кривая 318 представляет характеристики фильтра нижних частот и в том случае, когда он собран из элементов с сосредоточенными параметрами. Нужная полоса частот фильтре нижних частот включает диапазон частот, заданный диапазоном частот, ограниченным линейным участком 330, и частоту среза, обозначенную ссылочным числом 336. У радиотелефона, способного передать модулированные сигналы в сотовой системе связи в пределах США, частота среза фильтра нижних частот, составляющего часть схем передатчика, например, радиотелефона, может быть частотой порядка около одного гигагерца. Идеальный фильтр нижних частот подавляет спектральные составляющие сигнала, подаваемого на фильтр, частоты которого превышают частоту среза фильті 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 14 ра. Однако, и как было отмечено раньше, когда схема фильтра нижних частот собирается из элементов с сосредоточенными параметрами, ослабление высокочастотных спектральных составляющих сигнала, подаваемого на фильтр, неоднозначное. Правосторонняя боковая часть кривой 318 указывает на то, что происходит очень слабое ослабление высокочастотных спектральных составляющих сигнала, подаваемого на фильтр. На самом деле для очень высоких частот такой фильтр нижних частот почти полностью не является фильтром нижних частот. Как было отмечено раньше, схема фильтра нижних частот, подобная схеме 200 из фиг. 3, может быть также собрана из элементов с распределенными параметрами. Несмотря на то, что схема фильтра нижних частот, собранная из элементов с распределенными параметрами, действительно ослабляет высокочастотные спектральные составляющие сигнала, подаваемого на фильтр, нужные габаритные размеры схемы фильтра нижних частот, собранного из элементов с распределенными параметрами, требуют, чтобы частота среза фильтра, созданного таким образом, имела относительно малое значение, как, например, один гигагерц у фильтра нижних частот, используемого радиотелефоном, включенным в сотовую систему связи. На фиг. 5 графически представлено соотношение между необходимой протяженностью фильтра нижних частот, собранного из элементов с распределенными параметрами, и частотой среза фильтра нижних частот, реализованного подобным образом. Ось абсцисс 406 промасштабирована в единицах измерения размеров длины, например в миллиметрах, а ось ординат 412 промасштабирована в единицах измерения частоты, например в гигагерцах. Кривая 418 - график соотношения между необходимой длиной линий передач, включающих элементы с распределенными параметрами такого необходимого фильтра нижних частот, и фильтра, имеющего частоты среза различных значений. По мере того как частота среза фильтра уменьшается, необходимая длина линий передач, составляющих фильтр, увеличивается. Так как минимизация размеров является основной задачей при проектировании портативных радиотелефонов, то схема фильтра нижних частот, собранная только из элементов с распределенными параметрами и имеющая частоту среза, соответствующую частоте ере 15 26803 за фильтра нижних частот, составляющего часть радиотелефона, способного передавать сигналы в сотовой системе связи, оказывается слишком большой. Фиг. 6 - структурная блок-схема каскадного включения двух фильтров нижних частот. Первый фильтр нижних частот, обозначенный блоком 456, является фильтром нижних частот, собранным из элементов с сосредоточенными параметрами. Второй фильтр нижних частот, обозначенный блоком 462, составляется из элементов с распределенными параметрами. Каждый фильтр из отмеченных ссылочными числами 456 и 462 может быть, например, 3полюсным фильтром нижних частот подобно схеме 200 из фиг. 3. Фильтр, собранный из элементов с сосредоточенными параметрами, обладает конструктивными преимуществами в том, что имеет частоту среза малого значения, например, частоту среза один гигагерц, приведенную выше. Фильтр, собранный из элементов с распределенными параметрами, имеет конструктивное преимущество в том, что значение частоты среза намного больше, чем один гигагерц, отмеченный выше, ограничивая таким образом габаритные требования схемы фильтра. Сигнал, подаваемый на линию 468 и фильтре 456, подавляет спектральные составляющие сигнала, которые больше, чем частота среза фильтра. Однако, благодаря характеристикам фильтра нижних частот, собранного из элементов с сосредоточенными параметрами (которые описаны раньше при рассмотрении фиг. 4), высокочастотные спектральные составляющие сигнала, подаваемого на фильтр 456 в линию 468, не ослабляются фильтром, а проходят на линию 472. Сигнал, генерируемый фильтром 456 в линии 472, поступает в фильтр 462. Фильтр 462 имеет частоту среза выше ' частоты среза фильтра 456, так что фильтр 456 удовлетворительно подавляет низкочастотные спектральные составляющие за пределами частоты среза фильтра 456. Фильтр 462 способен ослабить высокочастотные спектральные составляющие сигналы, подаваемого на линию 468, которые неудовлетворительно подавляются фильтром 456. Сигнал, пропускаемый фильтром 462 на линию 476, является сигналом, в котором ненужные спектральные составляющие за пределами частот срезов обоих фильтров 456 и 462 ослабляются. Однако подобное каскадное расположение требует две отдельные схемы 5 10 t5 20 25 30 35 40 45 50 55 16 фильтров, что в результате приводит к увеличению габаритных размеров, а также вносимых потерь, связанных с каждым фильтром. Следовательно, каскадное расположение двух отдельных фильтров является далеким от идеального решения для ослабления гармонических спектральных составляющих модулированного сигнала, генерируемого передатчиком радиотелефонов. Блок 480, показанный пунктиром, представляет собой фильтр предложенного примера применения настоящего изобретения. Сигнал, поступаемый в фильтр на линию 468, фильтруется, а отфильтрованный сигнал поступает на линию 476. В отличие от каскадного включения двух фильтров, фильтр предложенного примера представляет собой отдельный фильтр, но компонентные элементы, образующие фильтр, включают и части элементов с сосредоточенными параметрами, и части элементов с распределенными параметрами. Кроме того, номиналы емкостных и индуктивных компонентов, образующих фильтр, настолько велики, что частоты нечетных гармоник, которые не подавляются, имеют также значительные величины, что неспособность ослабить гармоники составляет малую часть проблемы. Фиг. 7А является частично принципиальной и частично блочной схемой индуктивности, отмеченной в целом ссылочным номером 500, сконструированной согласно требованиям настоящего изобретения. Индуктивность 500 состоит из двух частей, первая часть которой, обозначенная ссылочным номером 506, включает дискретный индуктивный компонент, т.е. катушку индуктивности, а вторая часть, обозначенная ссылочным номером 512, включает элемент с распределенными параметрами, т.е. линию передачи. Фиг. 7В является частично принцилиальной и частично блочной схемой конденсатора, отмеченного в целом ссылочным номером 550, полученного согласно требованиям настоящего изобретения. Конденсатор 550 состоит из двух частей, первая часть которого, обозначенная ссылочным номером 556, включает дискретный конденсатор, а вторая часть которого, обозначенная ссылочным номером 562, включает элемент с распределенными параметрами, т.е. линию передачи. Индуктивности и конденсаторы, аналогичные индуктивности 500 и конденсатору 550, приведенным на фиг. 7А и 7В соответственно, могут быть использованы в сборке схемы фильтра, подобной схеме 17 26803 18 200 из фиг. 3. Применение элементов с Все конденсаторы 602, 620 и 640 сосредоточенными параметрами, обознаобычно подсоединяются своими первыми ченных ссылочными номерами 506 и 556, выводами к общему потенциалу земли. из индуктивности 500 и конденсатора 550 Конденсаторы 602 и 620 соединяются своифиг. 7А и 7В, позволяет фильтру нижних 5 ми вторыми выводами с индуктивностью частот, собранному из таких элементов, 660, изображенной в рамке. Индуктивность иметь частоту среза относительно малого 660 состоит из дискретного индуктивного номинала (например, один гигагерц, упокомпонента и распределенного индуктивмянутый выше). Применение таким же обного компонента. Соответственно индукразом элементов с распределенными па- 10 тивность 660 имеет линию передачи 664 раметрами, обозначенных ссылочными нои катушку индуктивности 666. мерами 512 и 562 индуктивности 500 и Аналогично индуктивность 680 объеконденсатора 550 из фиг. 7А и 7В, позводиняет вторые выводы конденсаторов 620 ляет фильтру нижних частот, собранному и 640. Индуктивность 680, обозначенная из таких элементов, удовлетворительно по- 15 блоком 640, показанным в рамке, также давлять высокочастотные,спектральные соссостоит из дискретного индуктивного комтавляющие сигнала, подаваемого на фильтр. понента и распределенного индуктивного Поскольку требуется только одна схема компонента. Соответственно индуктивность фильтра, которая должна быть собрана, чтовключает линию передачи 682 и катушку бы удовлетворительно ослабить ненужные 20 индуктивности 688. спектральные составляющие сигнала, поПоскольку дискретный емкостной и индаваемого на фильтр, то проблемы, свядуктивный компонент частей компонентов занные с каскадным включением двух отсхемы фильтра 600 способны ослабить дельных схем фильтров, исключаются. низкочастотные спектральные составляюФиг. 8 является частично принципиаль- 25 щие сигнала, приложенного к фильтру, то ной и частично блочной схемой 5-полюсгабаритные размеры схемы фильтра миного фильтра нижних частот» отмеченного нимизированы. Кроме того, поскольку в целом ссылочным номером 600, предраспределенные компонентные части ком-. почтительного примера применения наспонентов, образующие схему фильтра 600, тоящего изобретения. Аналогично схеме 30 удовлетворительно подавляют высокочас200, приведенной на блок-схеме фиг. 3, тотные спектральные составляющие сигсхема 600 содержит три конденсатора и нала, подаваемого на фильтр, то все, кродве индуктивности. ме нужных спектральных составляющих сигнала, подаваемого на схему фильтра Первый конденсатор, обозначенный блоком 602, изображенным в рамке, сос- 35 600, удовлетворительно ослабляются. тоит из дискретного емкостного компоРассмотрим теперь частично принцинента и распределенного емкостного компиальную и частично блочную схему фиг. понента. Аналогично конденсатор 602 9, где приведен другой 5-полюсный фильтр имеет линию передачи 604, которая соенижних частот, охваченный в целом ссыдинена противоположными концевыми час- 40 лочным числом 700, который является альтями линии с дискретными конденсаторатернативным вариантом реализации насми 616 и 618. тоящего изобретения. Элементы с распределенными параметрами, составляющие Аналогично второй конденсатор, обозчасти каждого схемного компонента эленаченный блоком 620, показанным в рамке, состоит из дискретного емкостного 45 мента схемы 700, выполнены частично из компонента и распределенного емкостнополосковых линий, проложенных под пого компонента. Точно также конденсатор верхностью печатной платы. Как было от620 включает в себя линию передачи 622, мечено раньше, когда линии передач, обкоторая соединена противоположными конразующие элементы с распределенными цевыми частями линии с дискретными кон- 50 параметрами, выполнены из полосковых денсаторами 637 и 638. линий, а не микрополосковых, то не требуется дополнительного экранирования Также третий конденсатор, обозначеноборудования для ликвидации излучения ный блоком 640, изображенным в рамке, РЧ волн, которые могут интерферировать состоит из дискретного емкостного компонента и распределенного емкостного 55 с остальными схемами. 5-полюсная схема фильтра нижних компонента. Аналогично конденсатор 640 частот, содержащая схему 700, состоит имеет линию передачи 642, которая соеиз трех конденсаторов и двух индуктивдинена противоположными концевыми часностей. Каждый конденсатор и каждая интями линии с дискретными конденсаторадуктивность схемы 700 состоят из компоми 654 и 656. 19 26803 нентов распределенных элементов и компонентов дискретных элементов. Следует отметить, что компоненты распределенных элементов схемы 700, которые выполнены из микрополосковых линий передач, приведены блоками, заключенными в пунктирные рамки, и части компонентов из распределенных элементов, выполненные из полосковых линий передач, изображены блоками, не заключенными в пунктирные рамки. Первый конденсатор, обозначенный блоком 702, приведенный в рамке, состоит из дискретного емкостного компонента и распределенного емкостного компонента. Конденсатор 702 собран из полосковых линий 704, 706, 708 и 710 и микрополосковых линий 712 и 714. Микрополосковые линии передач 712 и 714 электрически соединены с полосковыми линиями 708 и 710 посредством сквозных межсоединений, проходящих сквозь печатную плату между полосковыми линиями и соответствующими микрополосковыми линиями. Дискретные конденсаторы 716 и 718 имеют по одному выводу каждый, электрически соединенный с микрополосковыми линиями 712 и 714 соответственно. Вторые выводы конденсаторов 716 и 718 подсоединены к электрическому заземлению. Второй конденсатор, обозначенный блоком 720, приведенным в рамке, состоит из дискретного емкостного компонента и раслределенного емкостного компонента. Конденсатор 720 собран из полосковых линий 722, 724, 726, 728, 730 и 732 и микрополосковых линий 734 и 736. Микрополосковые линии передач 734 и 736 электрически соединены с полосковыми линиями 730 и 732 соответственно с помощью сквозных межсоединений, проходящих через печатную плату между полосковыми линиями и соответствующими микрополосковыми линиями. Дискретные конденсаторы 737 и 738 имеют по одному выводу каждый, электрически соединенный с микрополосковыми линиями 734 и 736 соответственно. Вторые выводы конденсаторов 737 и 738 электрически соединены с землей. Третий конденсатор, обозначенный блоком 740, приведенным в рамке, состоит из дискретного емкостного компонента и распределенного емкостного компонента. Аналогично конденсатор 740 собран из полосковых линий 742, 744, 746 и 748 и микрополосковых линий 750 и 752. Микрополосковые линии 750 и 752 электрически соединены с полосковыми ли 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 20 ниями 746 и 748 с помощью сквозных межсоединений, проходящих через печатную плату между полосковыми линиями и соответствующими микрополосковыми линиями. Дискретные конденсаторы 754 и 756 имеют по одному выводу каждый, электрически соединенный с микрополосковыми линиями соответственно. Вторые выводы конденсаторов 754 и 756 электрически соединены с землей. Первая индуктивность, обозначенная блоком 760, приведенная в рамке, состоит из дискретного индуктивного компонента и распределенного индуктивного компонента. Индуктивность 760 собрана из полосковой линии 762 и микрополосковых линий 764 и 766. Полосковая линия 762 электрически соединена с микрополосковой линией 764 с помощью сквозного межсоединения, проходящего через печатную плату между полосковой линией и микрополосковой линией. Катушка индуктивности 768 электрически соединена с микрополосковыми линиями 764 и 766. Вторая индуктивность, обозначенная блоком 780, приведенная в рамке, состоит из дискретного индуктивного компонента и распределенного индуктивного компонента. Соответственно индуктивность 780 собрана из полосковой линии 782 и микрополосковых линий 784 и 786. Полосковая линия 782 электрически соединена с микрополосковой линией 784 с помощью сквозного межсоединения, проходящего через печатную плату между полосковой линией и микрополосковой линией. Катушка индуктивности 788 электрически соединена противоположными сторонами с микрополосковыми линиями 784 и 786. Протяженность полосковых линий 762 и 782 индуктивностей 760 и 780 соответственно изменяет величину внутренних связей между распределенными элементами, включающими конденсаторы 702 и 720 и конденсаторы 720 и 740 соответственно. Следует отметить, что полосковые линии, образующие распределенные элементы, состоят из целых сегментов прямоугольных линий передач, так как характеристики подобных сегментов могут быть легко смоделированы. Остальные комбинации сегментов линий передач или другие конфигурации линий передач, конечно, возможны. Рассмотрим теперь блок-схему рис» 9А, где приводится модель схемы 700 фиг» 9. Модель фиг. 9 обозначается в целом ссылочным числом 700А. Элемен 21 26803 ты схемы 700 пронумерованы аналогичным способом и имеют подобную структуру. Соответственно такая структура не будет описана снова в деталях. Однако следует отметить, что внутренняя связь между сегментами линий передач, образующих распределенные элементы соседних элементов конденсаторов 3-полюсного фильтра, включающего схему 700А, легко моделируется, и такая связь обозначается моделью 700А схемы 700. Более конкретно внутренняя связь между полосковыми линиями 708А и 726А представлена элементом 802А; внутренняя связь между полосковыми линиями 704А и 722А представлена элементом 804А; внутренняя связь между полосковыми линиями 706А и 724А представлена элементом 806А; внутренняя связь между полосковыми линиями 710А и 728А представлена элементом 808А. Аналогично внутренняя связь между полосковыми линиями 726А и 746А представлена элементом 810А; внутренняя связь между полосковыми линиями 722А и 742А представлена элементом 812А; внутренняя связь между полосковыми линиями 724А и 744А представлена элементом 814А; внутренняя связь между полосковыми линиями 728А и 748А представлена элементом 816А. Поскольку схема 700 из фиг. 9 точно промоделирована схемой 700А фиг. 9, то схему фильтра нижних частот с нужными характеристиками можно точно спроектировать. Рассмотрим теперь общий вид фиг. 10, на котором изображена часть печатной платы, обозначенная в целом ссылочным числом 900, на которой располагается схема фильтра, подобная схеме 700 фиг. 8. Поскольку только дискретные емкостные и индуктивные компоненты располагаются на поверхности печатной платы 900, то приводятся только дискретные конденсаторы 916, 918, 937, 938, 954 и 956 и дискретные индуктивности 968 и 988. Так как распределенные элементы, включающие полосжовые линии, располагается под поверхностью печатной платы 900, то такие полосковые линии не пока 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 - Фиг. 11 - вид в разрезе части печатной платы 900, по линии 11-11, показанной на фиг. 10. Фиг. 11 показывает сое- 55 динение между микрополосковой линией передачи 914, имеющей контакт на поверхности печатной платы 900 и полосковой линией 910, расположенной под поверхностью печатной платы 900. Сквоз 22 ное межсоединение 910А соединяет микрополосковую линию 914 и полосковую линию 910. Аналогичные сквозные межсоединения соединяют микрополосковые линии, образующие контакты, и полосковые линии в других местах схемы, составляющие схему фильтра предложенного примера применения настоящего изобретения. На фиг. 12 показана блок-схема радиотелефона, обозначенного в целом ссылочным числом 950, который включает схему фильтра, выполненную в соответствии с требованиями настоящего изобретения. Радиотелефон 950 состоит из схем передатчика, и из схем приемника. Схема передатчика радиотелефона 950 включает датчик, например микрофон 954, который выдает модулирующий сигнал на линию 958 в модулятор 962. Модулятор 962 формирует модулированный сигнал для линии 966, который подается на полосовой фильтр 970, который составляет значительную часть дуплексера 974. Фильтр 970 выдает сигнал на линию 978, который поступает в фильтр 982, который предпочтительно имеет структуру, соответствующую схеме фильтра 700 фиг., 8. Фильтр 982 является фильтром нижних частот, который способен подавить все, кроме полезной части сигнала, подаваемого на линию 978. Фильтр 982 выдает отфильтрованный сигнал на линию 986, который поступает в антенну 990, которая излучает отфильтрованный сигнал. Схема приемника радиотелефона 950 принимает сигнал и после приема антенной 990 и подачи в схему фильтра 982 через линию 986 отфильтрованный сигнал на линии 994 поступает в полосовой фильтр 998. Фильтр 998 составляет значительную часть дуплексера 974. Фильтр 998 направляет отфильтрованный сигнал на линию 1000, который поступает в демодулятор 1002. Демодулятор выделяет демодулированный сигнал на линию 1004, который поступает в датчик, например громкоговоритель 1006. Поскольку фильтр предпочтительного примера применения настоящего изобретения имеет минимальные габаритные размеры, но в тоже время удовлетворительно подавляет все, кроме полезных спектральных составляющих сигнала, подаваемого на фильтр, то фильтр предпочтительного примера применения настоящего изобретения составляет улучшенную часть радиотелефона. И хотя настоящее изобретение было раскрыто со ссылкой на предпочтитель ж 23 ный вариант воплощения, изображенный на сопроводительных фигурах, необходимо понимать, что могут быть использованы другие аналогичные технические решения и могут быть выполнены модифи т 24 26803 130 кации и дополнения к раскрытому варианту воплощения, выполняющие функции, подобные настоящему изобретению без отклонения от объема патентных притязаний, определяемого формулой изобретения. 118А тс р\ f"C ІГ 136S\ f h1 IWW >» ФиъА 162 J68A Г 156 200 296 Фи 1.3 330 I 318 '306 336' 412 к/о 418 Фиг. 5 406 001 б *% 8£L і Z9L L I 1 і І _ m-\ r | J SSL 9Pl~\ — 81/ • t Z9L т T -Oil 99L • . ZU і 09/ -SOL і 7 OZL £0Z f 999 11 11 r oE ""^ I fltt Г9J l 0*9 1 009 ЯГ 009 99 f 09P Є0892 26803 750A 752 700A 9ui. 9A 900 916 968 ) 4-qi 11 988 ft 918 918 938 954 ч 956 .ю , т 910А Y////77/1 v///////A S£ Ч\\\ЧЧ\\У \\\\ \ \\\ Ч j 910 26803 974 950 962 970 і MODULATOR 1002 J FILTER Л1/ -986 982 l »_лт « пли 998 DEMODULATOR 1006 \ — 978 J FILTER 966 WOO J 990 l!T т Т ! V T L -—.-—. та Jf 9ui. Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М. Самборська Замовлення 530 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101