Мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі

Реферат: UA 105218 U UA 105218 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області радіотехніки та може бути використана у мікроелектронних пристроях НВЧ з частотною селекцією. При цьому параметри амплітудночастотних характеристик (АЧХ) вказаних фільтрів - нерівномірність або мінімум втрат у смузі пропускання та максимум придушення поза нею, крутизна фронтів та форма (максимальногладка, баттертворсівська або чебишевська) - доводиться коригувати або формувати в залежності від призначення радіотехнічної системи. В свою чергу зазвичай це обумовлює (Андреев Д.П. и др. Механически перестраиваемые приборы СВЧ и разделительные фильтры. М.: "Связь", 1973) збільшення числа резонаторів фільтрів, кількість яких може бути парною (симетрична АЧХ) або непарною (несиметрична АЧХ). Серед мікросмужкових фільтрів найбільш застосовуваними і відомими (Варфоломеев И.Н. и др. Электронная техника. - Серия 11, 1975. - Вып.1. - С. 23-39) є смуго-пропускаючі фільтри на паралельно зв'язаних навпіл-хвильових резонаторах з чверть-хвильовою областю електромагнітного зв'язку. Для їх розрахунку необхідно визначити величини Zoe і Zоо парних і непарних опорів мікросмужкових резонаторів. Вимога мінімізації втрат в смузі пропускання суттєво обмежує допустиму кількість резонаторів, а вимога збільшення крутизни фронтів АЧХ фільтрів протирічить вимозі забезпечення мінімальних втрат. Зміна довжини одного з резонаторів для коригування АЧХ може непрогнозовано змінити параметри всього фільтра, що призведе до його повторного розрахунку і виготовлення. До того ж при цьому може погіршитись узгодження фільтра з НВЧ трактом, для запобігання якому на вхід і вихід фільтра доводиться включати невзаємні пристрої-вентилі. З урахуванням перелічених недоліків застосування вказаних фільтрів не є ефективним. Відомий також мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі (а.с. СССР № 1406668, кл. H01P 1/203, публ. 30.06.1988 p.), що містить чотири напрямлені відгалужувачі на зв'язаних лініях, вторинні канали яких за допомогою відрізків лінії передачі об'єднані в замкнутий кільцевий резонатор, а плечі первинних каналів є входом і виходом фільтра, при цьому вільні плечі первинних каналів протилежних напрямлених відгалужувачів попарно сполучені між собою відрізками лінії передачі та гальванічними перетинками. У порівнянні з раніше описаним фільтром дане технічне рішення має наступні переваги - при зміні довжини кільцевого резонатора це не впливає на існування режиму бігучої хвилі, тобто форма АЧХ фільтра не змінюється; напрямлений фільтр сам по собі є невзаємним (напрямленим) пристроєм, тобто при корекції АЧХ не потребує включення вентилів; електромагнітний зв'язок кільцевого резонатора з входом і виходами фільтра має постійне значення (приблизно 3дБ), тобто зміна робочої частоти резонатора не впливає на цей зв'язок. Тому вказаний мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі взятий за найближчий аналог. Фільтр-найближчий аналог - це однорезонаторний пристрій, у якого ланцюги входу та виходів утворені первинними каналами двох протилежно розташованих напрямлених відгалужувачів, сполучених гальванічними перетинками з одним із відрізків лінії передачі, розташованими усередині замкненого кільцевого резонатора. Між ланцюгами входу і виходів та кільцевим резонатором бігучої хвилі реалізований електромагнітний зв'язок на рівні 3 дБ. Ланцюг виходів фільтра можна відрізком мікросмужкової лінії (МСЛ) об'єднати в замкнутий кільцевий резонатор, який має електромагнітний зв'язок з резонатором фільтра-найближчого аналога на рівні 3 дБ. Якщо створити новий ланцюг виходів фільтра, то будемо мати вже дворезонаторний напрямлений фільтр. Задачею корисної моделі є реалізація на основі відомого однорезонаторного напрямленого фільтра-найближчого аналога багаторезонаторних напрямлених фільтрів з як парною (симетрична АЧХ), так і непарною (несиметрична АЧХ) кількістю кільцевих резонаторів бігучої хвилі. Поставлена задача створення напрямленого фільтра з парною кількістю резонаторів вирішується тим, що в мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі, який містить чотири напрямлені відгалужувачі на зв'язаних лініях, вторинні канали яких за допомогою відрізків лінії передачі об'єднані в замкнутий кільцевий резонатор, а плечі первинних каналів є входом і виходом фільтра, при цьому вільні плечі первинних каналів протилежних напрямлених відгалужувачів попарно сполучені між собою відрізками лінії передачі та гальванічними перетинками, згідно з корисною моделлю, містить два протилежних напрямлені відгалужувачі на зв'язаних лініях, первинні канали яких одним кінцем попарно з'єднані відрізками лінії передачі з вільними плечами виходів фільтра, а другим кінцем сполучені між собою відрізком лінії передачі та гальванічними перетинками, утворивши кільцевий резонатор, при цьому вторинні канали напрямлених відгалужувачів одним кінцем з'єднані між собою відрізком лінії передачі, а їх вільні кінці є виходами фільтра. Таким чином базовий однорезонаторний фільтр 1 UA 105218 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 найближчий аналог перетворено у напрямлений фільтр з парною кількістю резонаторів бігучої хвилі. Вирішення задачі створення напрямленого фільтра з непарною кількістю резонаторів вирішується тим, що в мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі, який містить шість напрямлених відгалужувачів на зв'язаних лініях, вторинні канали чотирьох з яких за допомогою відрізків лінії передачі об'єднані в замкнутий кільцевий резонатор, одним кінцем первинні канали двох протилежних напрямлених відгалужувачів сполучені між собою відрізком лінії передачі та гальванічними перетинками, а другі їх кінці є входом і виходом фільтра, первинні канали другої пари протилежних напрямлених відгалужувачів одним кінцем попарно з'єднані з одним кінцем первинних каналів третьої пари протилежних напрямлених відгалужувачів, утворюючи за допомогою відрізків лінії передачі та гальванічних перетинок кільцевий резонатор, а вторинні канали цієї пари протилежних напрямлених відгалужувачів одним кінцем з'єднані між собою відрізками лінії передачі, при цьому вільні кінці вторинних каналів третьої пари двох протилежних напрямлених відгалужувачів є виходами фільтра, згідно з корисною моделлю, містить два протилежних напрямлених відгалужувачі на зв'язаних лініях, вторинні канали яких відрізками лінії передачі попарно з'єднані з вільними виходами фільтра, утворюючи з допомогою відрізків лінії передачі замкнений кільцевий резонатор, при цьому первинні канали протилежних напрямлених відгалужувачів одним кінцем сполучені між собою відрізком лінії передачі та гальванічними перетинками, а другі їх кінці є виходами фільтра. Таким чином фільтр, що заявляється, є вже багаторезонаторним напрямленим фільтром з парною або непарною кількістю кільцевих резонаторів бігучої хвилі, а не відомим (а.с. СССР № 1406668, кл. H01P 1/203, опубл. 30.06.1988 р.) однорезонаторним. Це характеризує новизну запропонованого технічного рішення. На фіг. 1 приведена схема мікросмужкового напрямленого фільтра бігучої хвилі з двома (парна кількість) кільцевими резонаторами. Фільтр містить один замкнутий мікросмужковий кільцевий резонатор 1 довжиною 2λ1 (λ - довжина хвилі) і шість чверть-хвильових мікросмужкових напрямлених відгалужувачів 2, 3, 4, 5, 6 і 7 на зв'язаних МСЛ з перехідним ослабленням близько 8 дБ. Первинні канали напрямлених відгалужувачів 2 і 3 сполучені між собою відрізком 7 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8, утворивши ланцюг від входу 9 до режекторного (смуго-загороджувального) виходу 10 фільтра. Первинні канали напрямлених відгалужувачів 4 і 5 одним кінцем сполучені між собою відрізком 11 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8, а їх вільні кінці 12 і 13 відрізками 14 і 15 МСЛ відповідно попарно з'єднані з одним із кінців первинних каналів напрямлених відгалужувачів 6 і 7 на зв'язаних МСЛ з перехідним ослабленням близько 8 дБ. Вільні кінці первинних каналів напрямлених відгалужувачів 6 і 7 відрізком 16 МСЛ сполучені між собою за допомогою гальванічних перетинок 8, утворивши при цьому другий кільцевий резонатор довжиною 2λ2. Вторинні канали напрямлених відгалужувачів 6 і 7 одним кінцем з'єднані між собою відрізком 17 МСЛ, а їх вільні кінці 18 і 19 є виходами фільтра. Вихід 19 фільтра є смуго-пропускаючим, а до виходу 18 зазвичай підключається узгоджене навантаження. Якщо λ1 і λ2 - однакові, то це призводить до збільшення крутизни фронтів АЧХ фільтра та підвищення придушення НВЧ сигналу поза смугою пропускання. А якщо λ1 і λ2 дещо відрізняються одна від одної, то це дає можливість зменшити нерівномірність АЧХ в смузі пропускання при її баттертворсівській формі. На фіг. 2 приведена схема мікросмужкового напрямленого фільтра бігучої хвилі з трьома (непарна кількість) кільцевими резонаторами. Фільтр містить три мікросмужкових кільцевих резонаторів довжиною 2 1 2  2 і 2  3 (  - довжина хвилі) і вісім чверть-хвильових мікросмужкових напрямлених відгалужувачів 2, 3, 4, 5, 6, 7, 22 та 23 на зв'язаних МСЛ з перехідним ослабленням близько 8 дБ.Це, відповідно, резонатор 1 та другий кільцевий резонатор, утворений первинними каналами напрямлених відгалужувачів 4. 5, 6 і 7, відрізками 11, 14. 15 і 16 МСЛ. При цьому первинні канали відгалужувачів 4 і 5 одним своїм кіпцем сполучені між собою відрізком 11 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8, їх вільні кінці 12 і 13 відрізками 14 і 15 МСЛ відповідно попарно з'єднані з одним із кінців первинних каналів напрямлених відгалужувачів 6 і 7, а вільні кінці первинних каналів напрямлених відгалужувачів 6 і 7 відрізком 16 МСЛ сполучені між собою за допомогою гальванічних перетинок 8. Первинні канали напрямлених відгалужувачів 2 і 3 на зв'язаних МСЛ з перехідним ослабленням близько 8 дБ сполучені між собою відрізком 7 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8, утворивши ланцюг від входу 9 фільтра до режекторного (смуго-загороджувального) виходу 10 фільтра. Вторинні канали напрямлених відгалужувачів 6 і 7 на зв'язаних МСЛ з перехідним ослабленням близько 8 дБ одним кінцем з'єднані між собою відрізком 17 МСЛ, їх вільні кінці 18 і 19 відрізками 20 і 21 МСЛ відповідно попарно з'єднані з одним із кінців вторинних каналів напрямлених 2 UA 105218 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 відгалужувачів 22 і 23 на зв'язаних МСЛ з перехідним ослабленням близько 8 дБ, а вільні кінці вторинних каналів напрямлених відгалужувачів 22 і 23 з'єднані між собою відрізком 24 МСЛ, утворивши при цьому третій кільцевий резонатор з довжиною 2  3 . При цьому первинні канали напрямлених відгалужувачів 22 і 23 одним кінцем сполучені між собою відрізком 25 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8, а їх вільні кінці 26 і 27 є виходами фільтра. Вихід 26 фільтра є смуго-пропускаючим, а до виходу 27 зазвичай підключається узгоджене навантаження. Якщо λ1, λ2 і λ3 - однакові, то це призводить до ще більшої крутизни фронтів АЧХ фільтра та ще більшого придушення НВЧ сигналу поза смугою пропускання. А якщо λ1, λ2 і λ3 відрізняються між собою, то АЧХ в смузі пропускання має чебишевську форму. У прикладах конкретного виконання мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі на резонансну частоту 4,0 ГГц реалізований на полікоровій підкладинці товщиною 1 мм методом прецизійної фотолітографії з подальшим гальванонарощуванням. При цьому розмір підкладинки залежить від кількості резонаторів фільтра і становить: у випадку двох резонаторів 2 2 - 30×48 мм , а у випадку трьох резонаторів - 24×60 мм . У випадку, наприклад, дворезонаторного мікросмужкового напрямленого фільтра бігучої хвилі вхідний сигнал, поданий у плече 9, за рахунок електромагнітної взаємодії та амплітуднофазової суперпозиції у відгалужувачах 2, 3, 4 і 5, надходить до кільцевого резонатора 1, розповсюджуючись в режимі бігучої хвилі. Другий кільцевий резонатор сформований первинними каналами напрямлених відгалужувачів 4, 5, 6 і 7, відрізками 14, 15 МСЛ та відрізками 11,16 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8. Завдяки модифікованому відгалужувачу типу "тандем", який утворений відгалужувачами 4 і 5 на паралельних зв'язаних МСЛ та має перехідне ослаблення близько 3 дБ, у другому кільцевому резонаторі також розповсюджується бігуча хвиля. Плече 18 такого фільтра є смугопропускаючим виходом, а до плеча 19 зазвичай підключають узгоджене навантаження. Форма АЧХ смуго-пропускаючого виходу фільтра формується в залежності від електричних довжин кільцевих резонаторів. При реалізації трирезонаторного мікросмужкового напрямленого фільтра бігучої хвилі вхідний сигнал, поданий у плече 9, за рахунок електромагнітної взаємодії та амплітуднофазової суперпозиції у відгалужувачах 2, 3, 4 і 5, надходить до кільцевого резонатора 1, розповсюджуючись в режимі бігучої хвилі. У другому кільцевому резонаторі, сформованому первинними каналами напрямлених відгалужувачів 4, 5, 6 і 7, відрізками 14 і 15 МСЛ та відрізками 11 і 16 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8, за рахунок електромагнітної взаємодії та амплітудно-фазової суперпозиції у відгалужувачах 4. 5. 6 і 7, тобто електромагнітного зв'язку із кільцевим резонатором 1, через модифікований відгалужувач типу "тандем", що утворений відгалужувачами 4 і 5 на паралельних зв'язаних МСЛ та має перехідне ослаблення близько 3 дБ, також розповсюджується бігуча хвиля. Третій кільцевий резонатор сформований вторинними каналами напрямлених відгалужувачів 6, 7, 22 і 23, відрізками 20 і 21 МСЛ та відрізками 17 і 24 МСЛ. Завдяки модифікованому відгалужувачу типу "тандем", який утворений відгалужувачами 6 і 7 на паралельних зв'язаних МСЛ та має перехідне ослаблення близько 3 дБ, у третьому кільцевому резонаторі також розповсюджується бігуча хвиля. Ланцюг виходів фільтра утворений первинними каналами напрямлених відгалужувачів 22 і 23, сполучених між собою відрізком 25 МСЛ за допомогою гальванічних перетинок 8. Плече 26 такого фільтра є смуго-пропускаючим виходом, а до плеча 27 зазвичай підключають узгоджене навантаження. Форма АЧХ смуго-пропускаючого виходу фільтра також залежить від електричних довжин кільцевих резонаторів. Слід відзначити, що запропоноване технічне рішення дозволяє не тільки утворити з однорезонаторного напрямленого фільтра бігучої хвилі дворезонаторний, а з фільтра дворезонаторного - трирезонаторний. За запропонованою методикою можна фільтр з непарною кількістю резонаторів перетворити у фільтр з парною кількістю резонаторів, а у фільтрі з парною кількістю збільшити кількість резонаторів до непарного числа. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі, що містить чотири напрямлені відгалужувачі на зв'язаних лініях, вторинні канали яких за допомогою відрізків лінії передачі об'єднані в замкнутий кільцевий резонатор, а плечі первинних каналів є входом і виходом фільтра, при цьому вільні плечі первинних каналів протилежних напрямлених відгалужувачів попарно сполучені між собою відрізками лінії передачі та гальванічними перетинками, який відрізняється тим, що містить два протилежних напрямлені відгалужувачі на зв'язаних лініях, 3 UA 105218 U 5 10 первинні канали яких одним кінцем попарно з'єднані відрізками лінії передачі з вільними плечами виходів фільтра, а другим кінцем сполучені між собою відрізком лінії передачі та гальванічними перетинками, утворивши кільцевий резонатор, при цьому вторинні канали напрямлених відгалужувачів одним кінцем з'єднані між собою відрізком лінії передачі, а їх вільні кінці є виходами фільтра. 2. Мікросмужковий напрямлений фільтр бігучої хвилі за п. 1, який відрізняється тим, що містить два протилежних напрямлені відгалужувачі на зв'язаних лініях, вторинні канали яких відрізками лінії передачі одним кінцем попарно з'єднані з вільними плечами виходів фільтра, утворивши з відрізком лінії передачі замкнутий кільцевий резонатор, при цьому первинні канали протилежних напрямлених відгалужувачів одним кінцем сполучені між собою відрізком лінії передачі та гальванічними перетинками, а їх другі кінці є виходами фільтра. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4