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

Авторы

  • В. В. Коперский ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • С. А. Широких ООО «Ижевский радиозавод»
  • К. В. Шишаков ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-2-92-104

Ключевые слова:

полосковый фильтр, синтез, топология, моделирование, амплитудно-частотная характеристика

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.

Биографии авторов

В. В. Коперский, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

студент

С. А. Широких, ООО «Ижевский радиозавод»

ведущий инженер

К. В. Шишаков, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Радиотехника»

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.

Опубликован

13.07.2021

Как цитировать

Коперский, В. В., Широких, С. А., & Шишаков, К. В. (2021). Практический синтез компактных полосковых фильтров в диапазоне частот 430 МГц - 15 ГГц. Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 24(2), 92–104. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-2-92-104

Выпуск

Раздел

Статьи