Практический синтез компактных полосковых фильтров в диапазоне частот 430 МГц - 15 ГГц
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-2-92-104Ключевые слова:
полосковый фильтр, синтез, топология, моделирование, амплитудно-частотная характеристикаАннотация
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.Библиографические ссылки
Маттей Г. Л., Янг Л., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи : пер. с англ. М. : Связь, 1971.
Современная теория фильтров и их проектирование / под ред. Т. Темеша, С. Митра. М. : Мир, 1977. 560 с.
Зааль Р. Справочник по расчету фильтров. М. : Радио и связь, 1983. 752 с.
Cameron R. J., Kudsia C. M., Mansour R. R. Microwave Filters for Communication Systems: Fundamentals, Design, and Applications. John Wilеy & Sons, Inc., 2007.
Hong J.-S. Microstrip Filters for RF. Microwave Application. New York: John Wilеy & Sons, Inc., 2011.
Hieng Tiong Su, Suherman P. M., Jackson T. J. Novel tunable bandpass filter realized using barium-strontium-titanate thin films. IEEE Transactions on Micro-wave Theory and Techniques, 2008, vol. 56, no. 11, pp. 2468-2473.
Захаров А. В., Ильченко М. Е., Пинчук Л. С. Полосковые полоснопропускающие фильтры малой толщины для сантиметрового диапазона // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2017. № 60 (2). С. 107-120.
Abdulhamid M., Mugambi A. Design of 2.4 GHz microwave bandpass filter. J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol, 2019, no. 12, pp. 773-779. DOI: 10.17516/1999-494X-0177.
Беляев Б. А., Ходенков С. А., Шепета Н. А. Исследование микрополосковых многомодовых резонаторов и сверхширокополосных фильтров на их основе // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 2. С. 210-214.
Маклашов В. А. Полосковые СВЧ-фильтры, встроенные в печатную плату // Радиотехника. 2019. Т. 83, № 10. С. 46-50.
Аристархов Г. М., Аринин О. В., Кириллов И. Н. Высокоизбирательные фильтры на основе гребенчатых и встречно-гребенчатых структур с ограниченным числом резонаторов // Радиотехника. 2020. № 1 (2). С. 35-44.
Новая конструкция миниатюрного микрополоскового резонатора на основе встречно-штыревой структуры / Б. А. Беляев, А. М. Сержантов, Я. Ф. Бальва, А. А. Лексиков, Р. Г. Галеев // Письма в ЖТФ. 2014. № 22. С. 52-60.
Новая конструкция миниатюрного фильтра на микрополосковых резонаторах со встречно-штыревой структурой проводников / Б. А. Беляев, А. М. Сержантов, Я. Ф. Бальва, А. А. Лексиков, Р. Г. Галеев // Письма в ЖТФ. 2015. № 10. С. 89-96.
Патент 2390889. Российская Федерация, МПК H01P1/203. Полосковый фильтр: № 2008101285/09, заявл. 20.07.2009, опубл. 27.05.2010 / Беляев Б. А., Лексиков А. А., Сержантов А. М.
Belyaev B. A., Serzhantov A. M., Tyurnev V. V., Bal’va Y. F., Leksikov A. A. Planar bandpass filter with 100-dB suppression up to tenfold passband frequency. Progress in Electromagnetics Research C, 2014, no. 48, pp. 37-44.
Патент 2504870. Российская Федерация, МПК H01P1/203. Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр: № 2012134765/08, заявл. 14.08.2012, опубл. 20.01.2014 / Беляев Б. А., Лексиков А. А., Сержантов А. М., Волошин А. С., Бальва Я. Ф.