СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2014

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 70 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2014 Высокоселективный микрополосковый фильтр на плавно-нерегулярных линиях передачи Описаны варианты использования плавно-нерегулярных линий передачи в фильтрах на параллельно связанных линиях передачи с целью повышения селективности за счёт подавления паразитных резонансных частот. Характеристика разработанного СВЧ-фильтра показывает эффективность предложенного подхода, обеспечивая уровень внеполосного подавления в широкой полосе частот более 40 дБ. Денис Клименко (г. Новосибирск) В ВЕДЕНИЕ Современные сверхширокополос- ные радиолокационные системы и системы беспроводной связи требу- ют высокоэффективных и перестра- иваемых радиочастотных систем, в том числе и полосно-пропускаю- щих фильтров [1]. Микрополосковые фильтры на параллельно связанных линиях (СПЛП), впервые предложен- ные в 1958 году [2], являются одними из самых часто используемых типов фильтров в СВЧ- и ВЧ-системах. Такие фильтры имеют множество преиму- ществ, таких как простая процедура проектирования, планарная структу- ра и широкий диапазон относитель- ных полос пропускания. Фильтры на СПЛП могут быть с лёгкостью изготов- лены и показывают достаточно хоро- шие характеристики. Однако, наряду с достоинствами, эти фильтры име- ют и некоторые недостатки. Наиболее существенным из них для микрополо- скового исполнения является сниже- ние величины подавления за полосой пропускания, в результате чего появля- ются паразитные полосы пропускания на частотах 2 f 0 , 3 f 0 , 4 f 0 и т.д. ( f 0 – цент- ральная частота фильтра). Эти нежела- тельные полосы возникают из-за раз- личных фазовых скоростей для чёт- ных и нечётных мод секций связанных линий. Именно подавление таких неже- лательных полос пропускания стано- вится в последние годы важной зада- чей для конструкторов фильтров [3]. Для решения этой задачи вме- сто последовательных четвертьвол- новых соединительных линий мы использовали в фильтре эквивалент- ные Т-образные плавно-нерегуляр- ные шлейфы, разомкнутые на конце, тем самым осуществив преобразова- ние полосно-задерживающих филь- тров в полосно-пропускающий фильтр. Получаемые таким образом фильтры имеют компактные размеры и широ- кую полосу заграждения: эквивалент- ные Т-образные плавно-нерегулярные линии передачи обеспечивают хоро- шую характеристику полосы пропуска- ния на основной гармонике и отчётли- вую характеристику полосы задержива- ния на паразитных гармониках. Нами был рассчитан микрополоско- вый фильтр на параллельно связанных линиях передачи с предлагаемой струк- турой на центральную частоту 2,5 ГГц и полосой пропускания 100 МГц. Экс- периментальные результаты показа- ли хорошие характеристики фильтра: величина подавления достигает 40 дБ в полосе до 6 ГГц. П РОЕКТИРОВАНИЕ ФИЛЬТРА С ШИРОКОЙ ПОЛОСОЙ ЗАГРАЖДЕНИЯ Фильтр был реализован на подлож- ке RT/Duroid 6010LM, имеющей следу- ющие характеристики: ε = 10,2 ± 0,25, h = 0,64 ± 0,1 мм, t = 35 мкм, tg δ = 0,0023 при 10 ГГц. Расчётная центральная частота — 2,5 ГГц, полоса пропускания 100 МГц. Входной и выходной порты имеют сопротивление 50 Ом. Для того чтобы подавить паразитные полосы пропускания в полосе задержи- вания без увеличения размеров филь- тра, последовательные линии передачи были заменены Т-образными плавно- нерегулярными линиями, разомкну- тыми на концах. Такие шлейфы име- ют лучшее ослабление на резонансных частотах и малые вносимые потери на других полосах частот. Фотография получившегося после трансформа- ции полосно-пропускающего фильтра приведена на рис. 1. Следует отметить, что три плавно-нерегулярных шлей- фа, разомкнутых на концах, добавля- ют несколько нулей передачи в поло- су задерживания, позволяя устранить паразитные гармоники. С ИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ Для разработанного микрополосково- гофильтрашпилечного типа были про- изведеныизмерения S-матриц и получе- ны характеристики импеданса при ком- натной температуре. Схема измерений представлена на рис. 2. Измерительной системой является векторный анализа- тор цепей компании Rohde Schwarz , позволяющий одновременно произво- дить измерения S-матрицы в полосе от 9 кГц до 10 ГГц в различных режимах мощности и согласованный с 50-омным волновым сопротивлением. Отметим, что все измерения производились при комнатной температуре. Параметры S-матрицы в диапазоне частот от 9 кГц до 10 ГГц представле- ны на рис. 3. Кривые S21 и S12 показа- ны чёрным цветом, S11 и S22 — серым. З АКЛЮЧЕНИЕ В процессе поиска методов улучше- ния характеристик СВЧ-фильтров мы смогли интегрировать полосно-задер- живающую характеристику в стандарт- ный фильтр, тем самым получив полос- но-пропускающий фильтр с широкой полосой заграждения. Более того, более высокие характеристики не потребо- вали увеличения размеров фильтра. Экспериментальные измерения пара- метров фильтра подтвердили, что пред- лагаемая комбинированная структура имеет полосу пропускания 100 МГц на центральной частоте, обеспечивая при этом внеполосное затухание не менее 40 дБ в полосе частот от 3 до 10 ГГц. Достигнутые характеристики позво- ляют сделать вывод, что одним из наи- Рис. 1. Внешний вид фильтра с плавно-нерегулярными шлейфами © СТА-ПРЕСС