Практический синтез компактных полосковых фильтров в диапазоне частот 430 МГц - 15 ГГц

Аннотация

Приведено описание практического опыта по выбору и синтезу удобных в изготовлении и компактных по размерам полосно-пропускающих полосковых фильтров с высоким уровнем частотной селективности для разных частотных полос, расположенных в диапазоне частот 430 МГц - 15 ГГц. При выборе топологий синтезируемых фильтров приоритет отдается получению не только компактных размеров, но и удобству для практического самостоятельного изготовления с учетом пониженных требований к точности производства. В результате были синтезированы, промоделированы, изготовлены и практически исследованы свойства шести разных вариантов полосно-пропускающих полосковых фильтров с отличающимися типами топологий: многорезонаторного фильтра третьего порядка с центральной частотой 437 МГц и относительной полосой пропускания менее 10%; фильтров со встречно-штыревой конструкцией проводников - двухслойного второго порядка для центральной частоты 440 МГц с полосой 20 % и шестого порядка для центральной частоты 610 МГц с полосой 30 %, а также трехслойного четвертого порядка для центральной частоты 1,22 ГГц с полосой 30 %; структуры каскадного соединения двух решетчатых фильтров для центральной частоты 2,44 ГГц с относительной полосой 30 %; фильтра на параллельносвязанных полуволновых микрополосковых резонаторах для центральной частоты 14,8 ГГц с относительной полосой менее 10 %. Представление результатов выполнено в виде амплитудно-частотных характеристик фильтров, через которые оцениваются их основные селективные свойства: ширина рабочей полосы пропускания по уровню -3 дБ и величина потерь внутри ее, а также уровни подавления в боковых полосах заграждения и ширина высокочастотной полосы заграждения, простирающейся до побочной полосы пропускания фильтра. Подтверждена высокая эффективность и приемлемость моделирования для начального параметрического синтеза фильтров. Для этого использована программа AWR Design Environment с учетом накопленного опыта по ее настройке на практическое производство. Измерения характеристик фильтров выполнены на векторных анализаторах цепей компаний National Instruments и Rohde&Schwarz. Практически отработаны относительно новые фильтры уменьшенных размеров для низкочастотной области СВЧ, имеющие размеры до пяти раз меньшие по сравнению с фильтрами на четвертьволновых резонаторах. Полученные результаты не ограничиваются конкретными изготовленными фильтрами, так как могут быть обобщены и на другие центральные частоты путем соответствующего изменения размеров конструкций пропорционально изменению длины волны сверхвысоких частот.