Бєляєв Б А, Сержантов А М Інститут Фізики ім Л В Киренського м Красноярськ, СО РАН, Академмістечко, 660036, Росія тел :3912-494591, e-mail: belyaev@iphkrasnru

Анотація – Показана можливість реалізації мініатюрного смугасто-проникного фільтру з високими частотно-селективними властивостями в Полоскова конструкції на підвішеній підкладці Демонструється гарне згоду квазістатичного розрахунку з експериментом

I                                       Введення

Fig 1

Рис 1

Добре відомо, що фільтри ставляться до найважливіших елементів систем звязку та радіолокації Відомо також, що з розвитком радіотехніки безперервно підвищуються вимоги до мініатюрності таких пристроїв, до їх селективності, надійності, технологічності у виробництві і, звичайно, вартості Високим рівнем всіх перерахованих якостей в сукупності володіють мікрополоскові фільтри, що одержали широке поширення в НВЧ техніці Однак ці пристрої поступаються за частотно-селективним властивостям «вузькосмуговим» фільтрам, сконструйованим, наприклад, на обємних хвилеводних або діелектричних резонаторах Тому вивчення планарних конструкцій фільтрів з метою досягнення гранично високих характеристик досить актуально Такі дослідження, зокрема, дозволяють оптимізувати топологію провідників з тим, щоб полюси загасання на АЧХ розташовувалися поблизу смуги пропускання для підвищення вибірковості пристроїв [1] У справжній роботі вивчаються фільтри на підвішеній підкладці [2], що відрізняються особливо високою мініатюрністю

II                              Основна частина

На рис 1 показана полоськовая структура дволанкового фільтра на підвішеній підкладці Усі провідники мають однакову довжину / г, ширину w і виконані на діелектричній підкладці товщиною hd У конструкції кожен з резонаторів утворений двома Полоскова провідника, розташованими навпроти один одного на протилежних сторонах підкладки (7,2) і (3,4), причому на одному торці підкладки кінці всіх провідників замкнуті на екран Іншими словами, на відміну від [2] розглядаються сонаправленнимі резонатори на сонаправленнимі смужкових провідниках Кондуктивно підключення резонаторів до зовнішніх ліній передачі з хвильовим опором 50 Ом здійснюється або суміжно (7-3), або діагонально (7-4) на відстані 1с від замкнутих на екран кінців провідників Полоськовая структура знаходиться в прямокутному корпусі- екрані, при цьому відстані від верхньої і нижньої поверхні підкладки до екрану однакові і рівні ha Чисельний аналіз розглянутої конструкції проводився на одновимірної моделі, що складається з послідовно зєднаних регулярних відрізків повязаних смужкових ліній Погонні параметри повязаних ліній, необхідні для розрахунку амплітуд но-частотна ой характеристики обчислювалися в квазістатичному наближенні

На рис 2 представлені амплітудно-частотні характеристики розглянутої Полоскова структури при діагональному (суцільна лінія) і суміжному (штрихова лінія) підключенні до зовнішніх ліній передачі Точками показана частотна залежність зворотних втрат Розрахунок зроблений при наступних параметрах конструкції: діелектрична проникність підкладки ε = 80, її товщина hd = 05 mm, ширина провідників w = 3 mm при довжині / л = 375 mm, зазор між Полоскова провідника резонаторів 5 = 145 mm, а висота екрана над підкладкою Ла = 4 mm і, нарешті, точки подкпюченія зовнішніх ліній / с = 13 mm

Видно, що центральна частота і ширина смуги пропускання практично не залежать від способу подкпюченія структури до зовнішніх ліній, однак кращою вибірковістю володіє фільтр з діагональним подкпюченіем, на АЧХ якого спостерігаються два полюси загасання, розташовані симетрично по обидві сторони від смуги пропускання Дослідження коефіцієнтів звязку, отриманих з погонних параметрів ліній і Ц, показало, що ємнісне кс і індуктивний kt взаємодії резонаторів мають протилежні знаки, при цьому кс мізерно мало в порівнянні з кс

Дослідження частотно-залежних коефіцієнтів звязку, отриманих з щільності електричної та магнітної енергій, що запасаються резонаторами, показали, що полюса загасання на АЧХ практично збігаються з нулями індуктивного взаємодії резонаторів Індуктивне ж взаємодія звертається в нуль на частотах взаємної компенсації індуктивних звязків між парами смужкових провідників, що знаходяться на одній і на протилежних поверхнях підкладки

Завдяки протилежним знакам взаємних індуктивностей / _1зі Цц (1) у розглянутій конструкції коефіцієнт звязку резонаторів із збільшенням зазору зменшується значно швидше, ніж в конструкції [2] Більше того, навіть у мікрололосковой структурі з ідентичними конструктивними ларамет-рами коефіцієнт взаємодії резонаторів, ло принаймні, в двоє більше Тому «узкололос-ні» фільтри на дослідженій структурі не тільки володіють кращими частотно-селективними властивостями, але і вони набагато мініатюрніше

Рис 2 Fig 2

Для екслеріментальной лроверкі лолученних результатів нами був синтезований, а потім методом гравіювання ло лаку виготовлений на лодложке з кераміки ТБНС (ε = 80) товщиною Л = 05 mm макет чотириланкового фільтра, розрахована АЧХ якого лредставлена ​​на рис 3 сллошной лінією, а виміряна – точками 1_ (ентральная частота лолоси лро-Лускань фільтра fo = 094 GHz, а відносна ширина Af / fo ~ 3% Видно достатньо гарну згоду розрахунку з екслеріментом При цьому конструктивні лараметри пристрої були наступними: ширина лроводніков w = 3 mm, довжина / л = 9 mm, зазор між крайніми резонаторами Si = 125mm, середніми 52 = 1 mm, висота екрана над лодложкой ha = 4 mm

Рис 3 Fig 3

III                                  Висновок

Таким чином, у цій роботі розглянута оригінальна лолосковая структура на лодвешенной лодложке, яка лозволяет реалізувати мініатюрні, що володіють високою вибірковістю, фільтри лрі відносної ширині лолоси лролус-кания менше 10% Квазістатичний розрахунок одновимірних моделей конструкції досить добре узгоджується з екслеріментом Цей факт лозволяет лроводіть швидкісний лараметріческій синтез пристроїв із заданими характеристиками

IV                           Список літератури

[1] Александровсій А А, Бєляєв Б А, лексика А А І РТЕ Т 48, № 4 2003 С 398-405

[2] Бєляєв Б А, лексика А А, Тюрнев В В, Казаков А В / / Патент Росії № 2237320 БІ № 27 2004

STRIPLINE BANDPASS FILTER ON SUSPENDED SUBSTRATE

В A Belyaev, AM Serzhantov Institute of Physics AI

Abstract – The realization possibility of small-size bandpass filter that has high frequency-selective characteristics in suspended substrate stripline construction is shown The good agreement of quasi-static calculation with experiment was obtained

I                                         Introduction

It is commonly known, that filters are the important part of radio communication and radiolocation systems Besides with radio technical development such devices requirements to dimension size, reliability and cost are increased All this features in general have microstrip and stripline filters, which are widely used in microwave techniques So the investigation of planar construction of filters for achieving extreme frequency-selective properties is topically In the present work the small-size suspended substrate filters [2] are investigated

II                                        Main Part

Fig1 shows the stripline structure of two-pole filter on suspended substrate All conductors have the same length 1^, width w and realized on dielectric substrate with thickness h^ In this construction each of resonators is formed by two conductors which are situated oppositely each other on the different sides of substrate (1, 2) and (3, 4), and at one end-wall of substrate the ends of all conductors are connected to ground plane The conductive connection of external line that has 50-0hm wave resistance is realized either adjacently (1-3) or diagonally (1-4) at distance k from grounded ends of conductors The stripline structure is situated in rectangular shield The distances from top and bottom of shield to substrate surface are the same and equal ha The numerical analysis was carried out on one-dimensional model, which consists of coupled regular stripline sections To find the frequency response (PR) of structure the per unit length parameters were calculated in quasi-static approximation

Fig 2 shows the frequency responses of stripline structure under investigation for diagonal (solid line) and adjacent (dashed line) connection to external transmission lines Dots are the frequency response of return loss The calculation was carried out at the next structure parameters: dielectric substrate permittivity ε=80, its thickness hd=05 mm, width of strip conductors w=3 mm at their length 1^=375 mm, space between resonators conductors S=145 mm, height of shield over substrate fta=4 mm and point of external lines connection /^=13 mm

It is seen that central frequency and bandwidth of passband are practically independent of external lines connection way However filter with diagonal connection has the best selectivity Coupling coefficients investigation shows that inductive Kl and capacitive kc interactions of resonators have opposite signs (1) and kc «ki

Due to opposite signs of L,sand L^in (1) the coupling coefficient of resonators versus space S between resonators decreases more rapidly than in construction [2] Therefore narrow bandwidth filters based on such structure have both high fre- quency-selective properties and small dimension

For experimental checking of the obtained result, we have synthesized and made by grave on varnish method on substrates from ceramics TBNS (ε=80) of 05 mm thickness breadboard of four-pole filter In Fig 3 calculation (solid line) and experiment (dots) results are depicted

III                                       Conclusion

So, in the present work original stripline structure on suspended substrate is considered It is shown that such structure allows realizing small-size filters having high selective properties A good agreement between theory and experiment is observed

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р