RU2738616C1

RU2738616C1 - Method of constructing a microstrip filter

Info

Publication number: RU2738616C1
Application number: RU2020119265A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Власенко; Владимир Владимирович Задорожный; Александр Юрьевич Ларин; Максуд Мурад оглы Мусаев; Алексей Сергеевич Трекин
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-12-15

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to superhigh frequency equipment, is intended for frequency selection of signals and can be used for construction of compact filters in receiving-amplification equipment. While performing the method parallel loops are installed in the transmission line perpendicular to it, while the sizes of the loops and the distance between them are determined by the required characteristics of the microstrip filter, and matching structures are connected to the end of the microstrip filter loops, wherein one end of each loops is connected to a matching structure in the form of a hairpin resonator with strips folded into a non-periodic meander, and the other end of the loop is connected through a matching tee to a matching structure in form of a loop element with the shape of an equilateral triangle, the strip of barrier of amplitude-frequency characteristic of microstrip filter is expanded by successive connection of several sections with different lengths of strips in hairpin resonators and strips in loop elements, wherein constant width of microstrip filter sections is maintained by insertion of vertical strip sections into loop elements.

EFFECT: reduced area occupied by microstrip filter.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, предназначено для частотной селекции сигналов и может быть использовано для построения компактных фильтров в приемно-усилительной аппаратуре.The invention relates to the technique of ultrahigh frequencies, is intended for frequency selection of signals and can be used to build compact filters in receiving and amplifying equipment.

Известен способ построения микрополоскового фильтра, описанный в [1 - стр. 297-298, Справочник по элементам полосковой техники / Под ред. А.Л. Фельдштейна. М: Связь. 1979 - 336 с.], при котором устанавливают в передающую линию перпендикулярно к ней ряд параллельных шлейфов с некоторым шагом, при этом размеры шлейфов и расстояние между ними определяются требуемыми характеристиками фильтра.The known method of constructing a microstrip filter, described in [1 - p. 297-298, Handbook of the elements of strip technology / Ed. A.L. Feldstein. M: Communication. 1979 - 336 p.], In which a number of parallel stubs with a certain pitch are installed in the transmission line perpendicular to it, while the dimensions of the stubs and the distance between them are determined by the required filter characteristics.

Недостатком известного способа являются большие габаритные размеры фильтров.The disadvantage of this method is the large overall dimensions of the filters.

Известен способ построения микрополоскового фильтра, описанный в [2 - патент РФ 2504870 Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр. Н01Р 1/203 (2006.01)], при котором на диэлектрическую подложку с заземленным основанием наносят параллельно друг другу прямолинейные полосковые проводники резонаторов, связанные электромагнитно и кондуктивно, и дополнительные полосковые проводники, боковые стороны которых соединены с соседствующими резонаторами, причем только проводники наружных резонаторов одним концом короткозамкнуты, а дополнительные полосковые проводники разомкнуты.The known method of constructing a microstrip filter, described in [2 - RF patent 2504870 Microstrip broadband bandpass filter. Н01Р 1/203 (2006.01)], in which straight strip conductors of resonators connected electromagnetically and conductively are applied parallel to each other on a dielectric substrate with a grounded base, and additional strip conductors, the sides of which are connected to adjacent resonators, and only the conductors of external resonators are one the end is short-circuited, and the additional strip conductors are open.

Недостатком известного способа являются большие габаритные размеры фильтра.The disadvantage of this method is the large overall dimensions of the filter.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ построения микрополоскового фильтра [3 - Петров И.А. Фильтры СВЧ с использованием широкополосных согласующих структур // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011, №1, с. 51-56], взятый за прототип, при котором устанавливают в передающую линию перпендикулярно к ней параллельные шлейфы, при этом размеры шлейфов и расстояние между ними определяются требуемыми характеристиками фильтра. Добавляют к концам шлейфов фильтра согласующие структуры в виде разомкнутых шлейфов непериодической структуры.The closest in technical essence to the invention is a method of constructing a microstrip filter [3 - Petrov I.A. Microwave filters using broadband matching structures // Physics of wave processes and radio engineering systems. 2011, no. 1, p. 51-56], taken as a prototype, in which parallel stubs are installed in the transmission line perpendicular to it, while the dimensions of the stubs and the distance between them are determined by the required filter characteristics. Matching structures are added to the ends of the filter stubs in the form of open stubs of a non-periodic structure.

К недостатку прототипа следует отнести большие габаритные размеры фильтра.The disadvantage of the prototype is the large overall dimensions of the filter.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение габаритных размеров фильтра.The technical problem to be solved by the present invention is to reduce the overall dimensions of the filter.

Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения микрополоскового фильтра, при котором устанавливают в передающую линию перпендикулярно к ней параллельные шлейфы, при этом размеры шлейфов и расстояние между ними определяются требуемыми характеристиками микрополоскового фильтра, соединяют с концами шлейфов микрополоскового фильтра согласующие структуры.To solve this technical problem, a method is proposed for constructing a microstrip filter, in which parallel stubs are installed in the transmission line perpendicular to it, while the dimensions of the stubs and the distance between them are determined by the required characteristics of the microstrip filter, matching structures are connected to the ends of the stubs of the microstrip filter.

Согласно изобретению, соединяют с одним концом каждого шлейфа согласующую структуру в виде шпилькового резонатора со свернутыми в непериодический меандр полосками, а с другим концом шлейфа - через плавный тройник согласующую структуру в виде петлевого элемента с формой равностороннего треугольника, расширяют полосу заграждения амплитудно-частотной характеристики микрополоскового фильтра путем последовательного соединения нескольких секций с разными длинами полосок в шпильковых резонаторах и полосок в петлевых элементах, при этом сохраняют постоянную ширину секций микрополоскового фильтра путем вставки в петлевые элементы вертикальных отрезков полосок.According to the invention, a matching structure in the form of a hairpin resonator with strips rolled into a non-periodic meander is connected to one end of each stub, and a matching structure in the form of a loop element with the shape of an equilateral triangle is connected to the other end of the stub through a smooth tee, the blocking band of the frequency response of the microstrip filter by serially connecting several sections with different lengths of strips in hairpin resonators and strips in loop elements, while maintaining a constant width of the microstrip filter sections by inserting vertical sections of strips into the loop elements.

Техническим результатом предлагаемого способа является снижение площади, занимаемой микрополосковым фильтром.The technical result of the proposed method is to reduce the area occupied by the microstrip filter.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем: в предлагаемом изобретении добавляют к одному концу каждого шлейфа согласующую структуру в виде шпилькового резонатора со свернутыми в непериодический меандр полосками, а к другому концу - через плавный тройник петлевой элемент в виде равностороннего треугольника, в то время как в прототипе добавляют согласующие структуры в виде разомкнутых шлейфов непериодической структуры.The comparative analysis of the claimed method and the prototype shows that their difference is as follows: in the proposed invention, a matching structure in the form of a hairpin resonator with strips rolled into a non-periodic meander is added to one end of each loop, and a loop element in the form of equilateral triangle, while in the prototype matching structures are added in the form of open stubs of a non-periodic structure.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения микрополоскового фильтра из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed method for constructing a microstrip filter is not known from the literature, therefore it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фиг. 1 приведена топология одной секции микрополоскового фильтра, обеспечивающего реализацию предложенного способа.FIG. 1 shows the topology of one section of a microstrip filter that implements the proposed method.

На фиг. 2 приведена топология 10-секционного микрополоскового фильтра нижних частот.FIG. 2 shows the topology of a 10-section microstrip low pass filter.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:When implementing the proposed method, the following sequence of actions is performed:

- устанавливают в передающую линию перпендикулярно к ней параллельные шлейфы, при этом размеры шлейфов и расстояние между ними определяются требуемыми характеристиками микрополоскового фильтра - 1;- install parallel stubs in the transmission line perpendicular to it, while the dimensions of the stubs and the distance between them are determined by the required characteristics of the microstrip filter - 1;

- соединяют с концами шлейфов микрополоскового фильтра согласующие структуры, при этом соединяют с одним концом каждого шлейфа согласующую структуру в виде шпилькового резонатора со свернутыми в непериодический меандр полосками: - 2;- matching structures are connected to the ends of the microstrip filter stubs, while a matching structure in the form of a hairpin resonator with strips folded into a non-periodic meander is connected to one end of each stub: - 2;

- соединяют с другим концом шлейфа через плавный тройник согласующую структуру в виде петлевого элемента с формой равностороннего треугольника - 3;- connect to the other end of the loop through a smooth tee matching structure in the form of a loop element with the shape of an equilateral triangle - 3;

- расширяют полосу заграждения амплитудно-частотной характеристики микрополоскового фильтра путем последовательного соединения нескольких секций с разными длинами полосок в шпильковых резонаторах и полосок в петлевых элементах, при этом сохраняют постоянную ширину секций микрополоскового фильтра путем вставки в петлевые элементы вертикальных отрезков полосок - 4.- the band of the frequency response of the microstrip filter is expanded by sequentially connecting several sections with different lengths of strips in hairpin resonators and strips in loop elements, while maintaining the constant width of the microstrip filter sections by inserting vertical sections of strips into the loop elements - 4.

Реализация предложенного способа построения микрополоскового фильтра в виде топологии одной секции показана на фиг. 1. Топология секции микрополоскового фильтра включает в себя (фиг. 1) передающую линию 1 и установленный перпендикулярно к ней шлейф 2. С одним концом (верхним) шлейфа соединена согласующая структура в виде шпилькового резонатора со свернутыми в непериодический меандр полосками 3, с другим (нижним) концом шлейфа через плавный тройник 4 соединена согласующая структура в виде петлевого элемента 5 с формой равностороннего треугольника, причем две стороны треугольника, соединенные с плавным тройником 4, имеют закругленную форму.The implementation of the proposed method for constructing a microstrip filter in the form of a topology of one section is shown in Fig. 1. The topology of the microstrip filter section includes (Fig. 1) a transmission line 1 and a stub 2 installed perpendicular to it 2. A matching structure in the form of a hairpin resonator with strips 3 rolled into a non-periodic meander is connected to one end (upper) of the stub; the lower end of the loop through the smooth tee 4 connects the matching structure in the form of a loop element 5 with the shape of an equilateral triangle, and the two sides of the triangle connected to the smooth tee 4 have a rounded shape.

Для расширения полосы заграждения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) используют последовательное соединение нескольких секций. Пример топологии микрополоскового фильтра нижних частот, включающего 10 секций, приведен на фиг. 2.To expand the stop band of the amplitude-frequency characteristic (AFC), a series connection of several sections is used. An example of the topology of a 10-section microstrip low pass filter is shown in FIG. 2.

Для изменения частоты полюсов АЧХ микрополоскового фильтра в секциях 6 микрополоскового фильтра изменяют длину полосок в шпильковых резонаторах и длину петлевых элементов, причем увеличение длины петлевых элементов выполняют за счет вставки вертикальных шлейфов для сохранения постоянной ширины секций микрополоскового фильтра.To change the frequency of the poles of the frequency response of the microstrip filter in the sections 6 of the microstrip filter, the length of the strips in the hairpin resonators and the length of the loop elements are changed, and the increase in the length of the loop elements is performed by inserting vertical stubs to maintain a constant width of the microstrip filter sections.

Микрополосковый фильтр может быть выполнен из фольгированного стеклотекстолита или другого фольгированного диэлектрика путем травления.The microstrip filter can be made of foil-clad fiberglass or other foil-clad dielectric by etching.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение площади микрополоскового фильтра на 13% по сравнению с прототипом, при заданных параметрах полосы подавления АЧХ микрополоскового фильтра.The proposed method reduces the area of the microstrip filter by 13% compared to the prototype, with the given parameters of the suppression band of the frequency response of the microstrip filter.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете устройства (фиг. 2). Испытания показали близкое совпадение полученных характеристик с расчетными.The efficiency of the proposed method was tested on a device model (Fig. 2). The tests showed a close coincidence of the obtained characteristics with the calculated ones.

Claims

A method of constructing a microstrip filter, in which parallel stubs are installed in the transmission line perpendicular to it, while the dimensions of the stubs and the distance between them are determined by the required characteristics of the microstrip filter, matching structures are connected to the ends of the stubs of the microstrip filter, characterized in that they are connected to one end of each stub matching structure in the form of a hairpin resonator with strips folded into a non-periodic meander, and with the other end of the loop through a smooth tee, a matching structure in the form of a loop element with an equilateral triangle shape, the stop band of the frequency response of a microstrip filter is expanded by connecting several sections with different lengths in series strips in hairpin resonators and strips in loop elements, while maintaining a constant width of the sections of the microstrip filter by inserting vertical sections of strips into the loop elements.