Багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр

Реферат: Багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр містить електромагнітно зв'язані між собою П-подібні симетричні східчасті резонатори з відрізків ліній передачі, між розімкненими відрізками яких, з більш високим характеристичним опором, включені змінні ємності, містить східчасті резонатори стержневого типу, які утворені з половинок П-подібних резонаторів, розділених і короткозамкнених в площини симетрії, розімкнені кінці цих резонаторів з'єднані з корпусом через подвоєні по величині змінні ємності. Фільтр має симетричну структуру, а число резонаторів кожного виду не менше двох. UA 70072 U (54) БАГАТОРЕЗОНАТОРНИЙ ПЕРЕСТРОЮВАНИЙ СМУГОВИЙ ФІЛЬТР UA 70072 U UA 70072 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до техніки надвисоких частот і може бути використана в частотно-селективних пристроях. Відомий багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр, що містить електромагнітно зв'язані між собою резонатори з відрізків ліній передачі, одні кінці яких короткозамкнені, а протилежні навантажено перемінними ємностями [1]. як змінні ємності можуть використовуватися варикапи, сегнетоелектричні конденсатори, набори зосереджених конденсаторів, що перемикаються PIN діодами або MEMS перемикачами. Недоліком такого фільтра є низька діапазонність. Найбільш близьким до запропонованого по технічному рішенню є багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр, який містить електромагнітно зв'язані між собою П-подібні симетричні східчасті резонатори з відрізків ліній передачі, між розімкненими відрізками яких, з більш високим характеристичним опором, включені змінні ємності [2]. Відомий багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр характеризується більш високою діапазонністю, але його недоліком є несиметрична амплітудно-частотна характеристика (АЧХ). Задача корисної моделі полягає в тому, щоб поліпшити симетрію АЧХ фільтра при збереженні його високої діапазонності. Поставлена задача вирішується тим, що в багаторезонаторному перестроюваному смуговому фільтрі, що містить електромагнітно зв'язані між собою П-подібні симетричні східчасті резонатори з відрізків ліній передачі, між розімкненими відрізками з більш високим характеристичним опором включені змінні ємності, новим є те, що частина П-подібних резонаторів заміщена новими східчастими резонаторами стержневого типу, які утворені з половинок попередніх резонаторів, розділених і короткозамкнених в площині симетрії, розімкнені кінці цих резонаторів з'єднані з корпусом через подвоєні по величині змінні ємності, причому новостворений фільтр повинен мати симетричну структуру, а число резонаторів кожного виду повинно бути не менше двох. Суть корисної моделі пояснюється рисунком на фігурі 1, де зображена конструкція багаторезонаторного перестроюваного смугового фільтра. Фільтр містить електромагнітно зв'язані між собою П-подібні симетричні східчасті резонатори 1 з відрізків ліній передачі, між розімкненими відрізками яких з більш високим характеристичним опором включені змінні ємності 2. Частина П-подібних резонаторів фільтра заміщена новими східчастими резонаторами стержневого типу 3. Ці резонатори утворені з половинок попередніх резонаторів, розділених в площині симетрії, позначеній на фіг. 1 пунктирною лінією. Резонатори стержневого типу 3 короткозамкнені перемичкою 4 в площині їх перерізу, а їх розімкнені кінці з'єднані з корпусом через подвоєні по величині змінні ємності 5. Вхідна і вихідна лінії 6 служать для підведення і зняття високочастотного сигналу. Багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр працює наступним чином. Електромагнітно зв'язані між собою резонатори з відрізків ліній передачі 1 і 3 в смузі пропускання фільтра пропускають високочастотний сигнал, а в смузі загородження відбивають цей сигнал. При цьому величини змінних ємностей 2 і 5 впливають на центральну частоту F0 смуги пропускання фільтра таким чином, що збільшення ємностей призводить до зниженню центральної частоти смуги пропускання. Ця частота визначається резонансною частотою резонатора F0, настройка на цю частоту здійснюється змінною ємністю. Найближчий аналог містить тільки П-подібні східчасті резонатори, навантажені на ємності 2 величиною С1. Значення С1 можуть бути знайдені з рівняння резонансу tg1tg2 1 1 m C1  4F0Z0 tg1  mtg2 , (1) де Z0 - характеристичний опір низькоомного відрізка лінії, розташованого в середній частині 50 П-подібного резонатора, 1 - електрична довжина половини цього відрізка, mZ0 (m>1) характеристичний опір високоомних відрізків лінії, розташованих на краях П-подібного резонатора,  2 - електрична довжина високоомного відрізка. В запропонованому технічному рішенні поряд з П-подібними резонаторами використовуються східчасті резонатори стержневого типу 3, навантажені на ємності 5 величиною С2. Значення С2 визначаються з рівняння резонансу 1 UA 70072 U tg1tg2 1 1 m C2  2F0Z0 tg1  mtg2 . (2) В рівнянні (2) використані ті ж позначення, що і в рівнянні (1). Зіставлення виразів (2) і (1) показує, що для настройки на одну і ту ж резонансну частоту F0 ємність стрижневого 5 резонатора С2 повинна в два рази перевищувати ємність П-подібного резонатора C1 : C2  2C1 . АЧХ смугопропускаючого фільтра являє собою частотну характеристику внесених втрат фільтра L=L(F) [дБ] в околиці смуги пропускання. Вона описується функцією випуклою вгору і має дзвоноподібну форму. На фіг. 2 наведено приклад АЧХ смугопропускаючого фільтра. На частоті F0 фільтр має найменше загасання, рівне L0. Частоти Fл і Fп є лівою і правою граничними частотами смуги затримування фільтра по рівню абсолютного затухання L3. Різниця між частотами Fп і F0 визначає праву частину смуги затримування фільтра Fп  Fп  F0 , а 10 різниця Fл  F0  Fл - ліву частину смуги затримування. Очевидно, що вся смуга затримування дорівнює сумі її правої і лівої частин F3  Fп  Fл . Коефіцієнт асиметрії АЧХ фільтра Kас визначається відношеннями Kас  Fп / Fл , якщо Fп  Fл (3 а) і 15 Kас  Fл / Fп , якщо Fл  Fп . (3 б) Значення Kас  1 , що випливає з виразів (3). Якщо лівий скат АЧХ крутіше правого ската, то виконується умова Fл  Fп , якщо ж фільтр має більш крутий правий скат АЧХ, то Fп  Fл . При виконанні рівності Fп  Fл значення Kас  1 і АЧХ фільтра буде симетричною. Чим ближче до одиниці коефіцієнт асиметрії фільтра, тим вище ступінь симетрії його АЧХ. 20 Коефіцієнт асиметрії Kас вимірюють по певному рівню відносного затухання (L3-L0) [дБ], оскільки Kас залежить від цієї величини:. Kас  Kас (L3  L0 ) Звичайно використовують рівень відносного затухання 30 дБ. Компанія Pole/Zero, Inc [3] серійно випускає 2-резонаторні смугопропускаючі фільтри, перестроювані варикапами, які мають більш крутий правий скат АЧХ. Типове значення коефіцієнта асиметрії цих фільтрів, обмірюваного по рівню відносного 25 30 35 40 , загасання 30 дБ, становить Kас (30дБ)  14 . Характер електромагнітної взаємодії між резонаторами фільтра впливає на форму його АЧХ. Якщо у взаємодії переважає магнітна складова, то фільтр характеризується більш крутим правим скатом АЧХ. Якщо ж електрична взаємодія є переважною, то АЧХ фільтра буде мати більш крутий лівий скат АЧХ. Найближчий аналог містить тільки П-подібні резонатори, у яких переважає електрична взаємодія, тому у нього лівий скат АЧХ крутіше правого. Експериментальний зразок 4резонаторного прототипу, виконаний на друкованій платі RT/Duroid 6010 LM товщиною 1,9 мм, , характеризувався коефіцієнтом асиметрії Kас (30дБ)  13 при перестройці в смузі частот 225-400 МГц. Якщо перестроюваний фільтр буде містити тільки резонатори стержневого типу 5, показані на фіг. 1, то він буде характеризуватися більш крутим правим скатом АЧХ, оскільки між резонаторами переважає магнітна взаємодія. Комбінація в запропонованому технічному рішенні двох різновидів резонаторів з різним характером електромагнітної взаємодії між ними дозволяє вирівняти крутизну обох скатів АЧХ і зробити цим АЧХ більш симетричною. Експериментальний зразок 4 - резонаторного запропонованого фільтра (фіг. 1), виконаний на тій же друкованій платі, і перестроюваний в , попередній смузі частот 225-400 МГц, характеризувався коефіцієнтом асиметрії Kас (30дБ)  15 . 45 Зменшення значення Kас свідчить про досягнутий позитивний ефект. Комп'ютерне моделювання і експериментальне дослідження показали, що позитивний ефект в запропонованому технічному рішенні досягається в тому випадку, якщо фільтр має симетричну структуру, а число резонаторів кожного з двох видів не менше двох. Трирезонаторний фільтр не забезпечує симетричну АЧХ. Мінімальне число резонаторів запропонованого фільтра дорівнює чотирьом. Існує тільки 4-резонаторних фільтри з симетричними АЧХ. У одного з них крайніми є П-подібні резонатори, а у іншого - резонатори 2 UA 70072 U 5 стержневого типу, як показано на фіг. 1. Нескладно підрахувати, що число фільтрів з п'ятьма резонаторами, які мають симетричну АЧХ, дорівнює чотирьом. У шестирезонаторної структури число фільтрів з симетричними АЧХ дорівнює шести. Джерела інформації: 1. I.C. Hunter and J.D.Rhodes., "Electronically Tunable Microwave Bandpass Filters, " IEEE Trans. Microwave. Theory Tech., vol.30, no.9, pp. 1354-1360, Sept. 1982.2. О.В. Захаров, М.Ю. Ільченко, В.Я. Карнаух, Л.С. Пінчук, Смуговий фільтр, що перестроюється. Патент України 53878, Н01Р 1/00, надр, в Бюл. № 20, 2010. 3. www.polezero.com (Data sheet). 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Багаторезонаторний перестроюваний смуговий фільтр, що містить електромагнітно зв'язані між собою П-подібні симетричні східчасті резонатори з відрізків ліній передачі, між розімкненими відрізками яких, з більш високим характеристичним опором, включені змінні ємності, який відрізняється тим, що додатково містить східчасті резонатори стержневого типу, які утворені з половинок П-подібних резонаторів, розділених і короткозамкнених в площини симетрії, розімкнені кінці цих резонаторів з'єднані з корпусом через подвоєні по величині змінні ємності, причому новостворений фільтр має симетричну структуру, а число резонаторів кожного виду не менше двох. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3