CC BY
12УДК 621.372.88
Копылов А.Ф.
Канд. техн. наук, доцент, Сибирский федеральный университет
Копылова Н.А.
Магистрант, Сибирский федеральный университет
ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕСТИЗВЕННЫХ СВЧ ФИЛЬТРОВ НА КАСКАДНО ВКЛЮЧЕННЫХ ЩЕЛЕВЫХ МЕМБРАНАХ С ВЕЛИЧИНАМИ
ЩЕЛЕЙ 1 ММ И 22 ММ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ 35Х15 ММ
В статье приведены конструкции и частотные характеристики двух шестизвенных СВЧ фильтров, выполненных на каскадно включенных щелевых мембранах с величинами щелей 1 мм и 22 мм, помещенных в волновод рабочим сечением 35х15 мм. Экспериментально показано, что в диапазоне 4,2...8,85 ГГц такие фильтры демонстрируют амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) широкополосного типа с двумя кратными полосами прозрачности и полосой задерживания между ними. Минимальные потери в полосах прозрачности составляют величины от 0,8 до 1,8 дБ, затухание в полосе задерживания достигает величин 48 дБ и и 62 дБ, соответственно. Приведены также частотные характеристики величины КСВН входа фильтров.
Ключевые слова: семизвенные СВЧ фильтры, каскадно включенные волноводно-щелевые мембраны.
В ранее опубликованных работах с участием авторов [1-7] были проведены исследования частотных характеристик СВЧ фильтров на основе волноводно-щелевых мембран (ВЩМ). Это были исследования частотных характеристик как одиночных простых щелей в рабочем сечении волновода 35х15 мм [1, 2], так и достаточно сложных многозвенных фильтров на их основе [3-7]. Эти многозвенные фильтры представляли собой каскадные соединения ВЩМ с ширинами щелей 7 мм и 22 мм. Естественно, частотоизбирательные свойства многозвенных фильтров на ВЩМ [3-7] оказались существенно более выраженными, чем частотоизбирательные свойства простых одиночных щелей [1-3]. В свете систематического проведения таких исследований, нам представилось интересным провести результаты экспериментального исследование двух шестизвенных фильтров на ВЩМ с чередующимися щелевыми мембранами, составленными из ВЩМ с ширинами щелей 1 -ми мм и 22-х мм.
На Рис. 1 а, б приведены фотографии двух волноводно-щелевых мембран, из которых набираются каскады исследуемых фильтров.
Показанные на Рис. 1 а и Рис. 1 б ВЩМ с шириной щели 22 мм и 1 мм, соответственно, изображены на фоне мембраны со стандартной шириной щели 15 мм (сечение рабочего окна волновода 35х15 мм). На Рис. 1 а показана мембрана с шириной щели 22 мм и на этом рисунке обозначены: ширина рабочего окна волновода 35,0 мм, стандартная высота рабочего окна волновода 15,0 мм, ширина щели мембраны по высоте рабочего окна волновода 22,0 мм. На Рис. 1 б обозначены: ширина рабочего окна волновода 35,0 мм, стандартная высота рабочего окна волновода 15,0 мм, ширина щели мембраны по высоте рабочего окна волновода 1,0 мм. Толщины ВЩМ были выбраны следующим образом: мембраны с шириной щели 1,0 мм выполнены из фольги толщиной 0,5 мм; мембраны с шириной щели 22,0 мм взяты равными по толщине 6 мм близкой к 1/8 длины СВЧ волны на частоте 6 ГГц.
шшшЛауг.заепсе
о
35,0
#
35,0
о
г
Рис. 1. Фотографии двух волноводно-щелевых мембран, из которых набираются каскады исследуемых шестизвенных фильтров: а — мембрана с размером по высоте рабочего окна волновода 22 мм; б — мембрана с размером по высоте рабочего окна волновода 1 мм.
В первом из двух исследуемых фильтров порядок следования мембран был принят следующим: вначале мембрана с шириной щели 1 мм, далее мембрана с шириной щели 22 мм, затем вновь мембрана с шириной щели 1 мм и опять мембрана с шириной щели 22 мм и так далее до 6-ти звеньев. Для упрощения описания назовем такой фильтр фильтром со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм». Во втором фильтре порядок следования мембран был зеркальным относительно порядка следования мембран в конструкции первого фильтра и имеет структуру «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм + 1 мм». Как видно, оба фильтра имеют шестизвенную несимметричную структуру с зеркальным порядком расположения друг относительно друга мембран с разными ширинами щелей.
Исследования проводились с использованием автоматических измерителей КСВН и ослаблений Р2-54/2 и Р2-54/3 в диапазоне частот 4,2...8,85 ГГц. Измерялись частотные характеристики величин вносимых фильтрами ослаблений (коэффициентов прямой передачи |Кр|) и частотные характеристики величин КСВН входа фильтров. Измерения проводились по методикам, описанным в инструкциях по эксплуатации приборов Р2-54/2 и Р2-54/3. Каждый из фильтров для проведения измерений его частотных характеристик устанавливался между волноводно-коаксиальными переходами (ВКП), пара которых заранее подбиралась по минимальным потерям и максимальной равномерности АЧХ и КСВН входа. Калибровка приборов Р2-54/2 и Р2-54/3 проводилась при включенных в их тракт ВКП для уменьшения влияния частотных характеристик ВКП на результаты измерений.
На Рис. 2 а, б показаны амплитудно-частотные характеристики затухания и КСВН входа, соответственно, первого из исследованных шестизвенных фильтров со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм».
На Рис. 3 а, б показаны амплитудно-частотные характеристики затухания и КСВН входа, соответственно, второго из исследованных шестизвенных фильтров со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм + 1 мм». По вертикальной оси рисунков 2 а и 3 а отложены величины модулей коэффициентов передачи мощности |Кр| в децибелах (отношение мощности на выходе фильтра к мощности на входе); далее для удобства изложения мы
будем чаще использовать термин «затухание», имея в виду, что это есть величина, обратная величине |Кр|. По вертикальной оси рисунков 2 б и 3 б отложены значения величин КСВН входа фильтров в относительных единицах.
По горизонтальным осям Рис. 2 и Рис. 3 отложены значения частот от 4,2 ГГц до 8,9 ГГц. Этот диапазон частот выбран нами для того, чтобы определить частотные характеристики фильтров в полосе частот, соответствующих основному типу электромагнитных колебаний в волноводе рабочим сечением 35х15 мм. На Рис. 2 а и Рис. 3 а для удобства чтения величин потерь, вносимых фильтрами в полосах пропускания, выполнены выносные таблички, в которых указанны численные значения величин |Кр|.
Как видно из Рис. 2 а, АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» имеет три явно выраженных частотных поддиапазона — первый поддиапазон полосы пропускания (1-й ППФ), поддиапазон полосы задерживания (ПЗФ), второй поддиапазон полосы пропускания (2-й ППФ). Рассмотрим подробнее эти частотные поддиапазоны:
- первый поддиапазон частот общей АЧХ фильтра (1-й ППФ) занимает полосу частот от 4,75 до 5,15 ГГц на уровне вносимых фильтром потерь 4,8 дБ (эта величина получается как сумма минимальных потерь, вносимых фильтром в поддиапазоне 1 -й ППФ, что составляет 1,8 дБ на частоте 4,85 ГГц, плюс 3 дБ потерь, на величину которых должно отличаться затухание на крайних частотах полосы пропускания при определении полосы по уровню половинной мощности);
- второй поддиапазон частот общей АЧХ фильтра — это поддиапазон полосы задерживания фильтра (ПЗФ), он занимает полосу частот 5,9.. .7,6 ГГц и имеет АЧХ с одним максимумом затухания на уровне 62 дБ в полосе ПЗФ на частотах 7,5.7,6 ГГц;
- третий поддиапазон частот общей АЧХ фильтра — второй поддиапазон полосы пропускания фильтра (2-й ППФ) занимает полосу частот 7,6.8,85 ГГц и имеет достаточно оформленный вид, содержит вторую полосу пропускания в области частот 8,2.8,7 ГГц по уровню общего затухания 11,8 дБ (эта величина получается как сумма минимальных потерь, вносимых фильтром в поддиапазоне 2-й ППФ, что составляет 8,8 дБ на частоте 8,4 ГГц, плюс 3 дБ потерь, на величину которых должно отличаться затухание на крайних частотах полосы пропускания при определении полосы по уровню половинной мощности от значения минимальных вносимых потерь).
Число горбов АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм», как видно из рис. 2 а, составляет три, и их можно описать следующим образом:
- первый горб занимает полосу частот от нижней частоты общего диапазона частот исследования от 4,2 ГГц до 5,9 ГГц (частота, соответствующая резкому изменению крутизны скатов АЧХ) и совпадает по полосе занимаемых частот с поддиапазоном 1 -й ППФ;
- второй горб АЧХ занимает полосу частот от 5,15 ГГц (верхняя по частоте граница полосы пропускания поддиапазона 1 -й ППФ) до 8,2 ГГц (нижняя по частоте граница полосы пропускания поддиапазона 2-й ППФ); 7,5.8,85 ГГц;
- третий горб АЧХ расположен в полосе частот от 8,2 ГГц (нижняя по частоте граница полосы пропускания поддиапазона 2-й ППФ) до верхней частоты 8,85 ГГц выбранного нами диапазона частот исследования.
F, ГГц |К р |,дБ F, ГГц |К р |,дБ
4.7 4.8 4,85 4.9 5,0 -6,5 -2,9 -1,8 -2,9 -4,9 5.1 5.2 5,25 5.3 5.4 -3,2 -6,0 -6,5 -6,4 -7,5
№
К
оЗ «
0) Л 0)
И й н к <а К
а к
т о и
Л
к
0
10 -20 30 40 50 -60 -70
4
F, ГГц |К р |,дБ
8.4 8,45 8.5 -8,8 - 9,5 - 9,5
6
7
8 9
Частота, ГГц
Л
К <и т
Ч
О К 16
ш н
Ж о
Ч> ЕТ (Я 14
О Щ
Й ей и « 12
н к 0) N о 10
а к X га 6
о
гл о « 4
о К
И к
Л Ч <и * 2
ЕУ а
о § к 1 4
4
6
8 9
Частота, ГГц
б
Рис. 2 — Частотные характеристики первого из исследованных шестизвенных фильтров со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм»: а — амплитудно-
частотные характеристики затухания (АЧХ), б — частотные характеристики КСВН входа.
Что касается частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм», то её общий вид в ряде частотных поддиапазонов соответствует АЧХ этого фильтра, а в ряде поддиапазонов показывает ряд
5
а
5
7
зависимостей, не вполне соответствующих АЧХ фильтра. Рассмотрим подробнее ход частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» (Рис. 2 б) в тех трех поддиапазонах частот фильтра, которые были определены выше при анализе АЧХ этого фильтра:
- в первом поддиапазоне общей АЧХ фильтра (поддиапазон 1-й ППФ) на частотах 4,2.5,9 ГГц ход частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» в основном соответствует ходу АЧХ: максимальному затуханию около 40 дБ на частоте 4,2 ГГц (частота отсечки волновода с рабочим окном 35х15 мм) соответствует величина КСВН входа фильтра около 20 относительных единиц; выпуклой АЧХ с минимальным затуханием 1,8 дБ на частоте 4,85 ГГц соответствует вогнутая зависимость КСВН входа с минимальным КСВН около 1,6 относительных единиц на тех же частотах. Однако, в этом поддиапазоне на частотах 5,7.5,9 ГГц наблюдается и явное несоответствие между относительно небольшими значениями КСВН входа фильтра — от 2,8 до 4,0 относительных единиц, и весьма большим затуханием, вносимым фильтром на этих же частотах — от 14 дБ до 36 дБ. Это несоответствие мы объясняем наличием в конструкции фильтра ВЩМ с шириной щели 22 мм и толщиной 6 мм (1 /8 длины волны на частоте около 6 ГГц), обеспечивающих частичную потерю СВЧ энергии внутри конструкции фильтра, что уменьшает ту часть энергии, которая отражается от входа фильтра;
- во втором поддиапазоне частот общей АЧХ фильтра — поддиапазоне полосы задерживания фильтра (ПЗФ) на частотах 5,9.7,6 ГГц — ход частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» совершенно не соответствует ходу АЧХ этого фильтра: в то время, как АЧХ фильтра показывает медленное монотонное увеличение затухания от 36 дБ до 48 дБ на частотах от 5,9 ГГц до 7,1 ГГц, КСВН входа показывает выпуклую кривую с величинами КСВН от 4,0 относительных единиц на частоте 5,9 ГГц до 8,0 относительных единиц на частоте 6,3 ГГц и до 2,2.2,6 относительных единиц на частотах 6,8.7,1 ГГц. Только на верхнем краю поддиапазона ПЗФ на частотах 7,1.7,6 ГГц мы наблюдаем соответствие резкого увеличения КСВН входа фильтра с 2,6 относительных единиц на частоте 7,1 ГГц до более, чем 20 относительных единиц на частоте 7,6 ГГц при увеличении затухания на кривой АЧХ этого фильтра от 48 дБ до 60 дБ;
- в третьем поддиапазоне общей АЧХ фильтра (поддиапазон 2-й ППФ) — на частотах 7,6.8,85 ГГц частотная характеристика КСВН входа пятизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» (Рис. 2 б) имеет вид скачкообразно изменяющейся кривой, значение КСВН входа фильтра на которой изменяется от более, чем 20 относительных единиц на частоте 7,6 ГГц до 10 относительных единиц на частоте 7,7 ГГц, затем вновь подскакивает до более, чем 20 относительных единиц на частоте 7,8 ГГц, затем вновь падает до 4,5 относительных единиц на частоте 8,0 ГГц, потом увеличивается до 7 относительных единиц на частоте 8,1 ГГц и вновь падает до 1,5 относительных единиц на частоте 8,3 ГГц вблизи частотной точки с минимальными потерями на АЧХ, и вновь подскакивает до значений около 20 относительных единиц на частоте 8,8 ГГц. При этом тенденции изменения величин КСВН входа фильтра с ростом частоты соответствуют тенденциям изменения величины затухания на АЧХ фильтра. Некоей аномалией выглядит несоответствие относительно малого значения КСВН входа фильтра около ,5 относительных единиц на частоте 8,3 ГГц относительно большому значению потерь, вносимых фильтром на этой частоте — около 9 дБ.
ш
ч
I
¡¡л £
а
ё й
Ё
й
•вф
о
0 и
Л
1
о
F, ГГц К р |,дБ F, ГГц К р |,дБ
4.7 4.8 4,85 4.9 5,0 | 1 | 1 | , , о,, 5.1 5.2 5,25 5.3 5.4 II 1 | 1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70
4
8
F, ГГц К р |,дБ
8,6 -8,2
8,7 -6,2
8,8 -5,3
8,85 -4,3
\
| Я
...............................1—^
Т--7!....................
( 1
9
Частота, ГГц
Л
х ч о
и «
и
ЕТ «
О
н о
св н X <и X
а
х
т о и
Л
Ч «
о
и
ас н о
и
О
К.
т
«
о
X и
о
о «
К X
<и «
а с
св X
да 16 14
12
10 6 4
2
8 9
Частота, ГГц
б
Рис. 3 — Частотные характеристики второго из исследованных шестизвенных фильтров со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм + 1 мм»: а — амплитудно-
частотные характеристики затухания (АЧХ), б — частотные характеристики КСВН входа.
Общий вид АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» (Рис. 3 а) показывает следующее:
5
6
7
а
1
4
5
6
7
- амплитудно-частотная характеристика этого фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» существенно изменила свою форму относительно АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм» и теперь состоит из двух больших поддиапазонов частот: первый — поддиапазон частот полосы пропускания фильтра (ППФ), занимающий полосу частот от 4,75ГГц до 5,45 ГГц; второй — поддиапазон частот полосы задерживания фильтра (ПЗФ), занимающий полосу частот от 5,9 ГГц до 8,85 ГГц;
- минимальные потери, вносимые шестизвенным фильтром со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» (Рис. 3 а) в полосе пропускания поддиапазона ППФ составляют 0,8 дБ на частоте 4,85 ГГЦ, что заметно меньше минимальных потерь, вносимых шестизвенным фильтром со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм»;
- полоса пропускания на верхних частотах в районе 8,6.. .8,85 ГГц представляется нам слабо выраженной и недостаточно сформированной для того, чтобы проводить её анализ;
- АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм +
1 мм» можно охарактеризовать как двугорбую;
- у шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» полоса пропускания, находящаяся в поддиапазоне ППФ, имеет менее «собранный» вид, чем аналогичная полоса у шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм»;
- максимальное затухание, которое обеспечивает шестизвенный фильтр со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм», имеет глубину около 48 дБ на частоте 5,9 ГГц (Рис. 3 а), что существенно меньше максимального затухания, вносимого предыдущим шестизвенным фильтром со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» (Рис.
2 а);
Число горбов АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» стало на один меньше, чем было число горбов шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм» и составляет всего лишь два (см. Рис. 3 а). Эти горбы могут быть охарактеризованы более подробно следующим образом:
- первый горб АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» занимает полосу частот от нижней частоты общего диапазона частот исследования 4,2 ГГц до частоты максимального затухания, вносимого фильтром, и равной 5,9 ГГц, что совпадает по полосе занимаемых частот с поддиапазоном ППФ. В составе первого горба АЧХ имеется полоса пропускания фильтра 4,75.5,45 ГГц, которая определяется по уровню вносимых фильтром потерь 3,8 дБ (минимальное значение вносимых фильтром потерь составляет 0,8 дБ, плюс дополнительные потери 3 дБ относительно уровня минимальных потерь для определения краев полосы пропускания фильтра);
- второй горб АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» занимает полосу частот от 5,45 ГГц (верхняя по частоте граница полосы пропускания поддиапазона ППФ по уровню общих потерь 3,8 дБ) до 8,85 ГГц с потерями на этой частоте 4,3 дБ.
Общий вид частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм», показанный на рис. 3 б, на некоторых частотных поддиапазонах соответствует АЧХ этого фильтра, а некоторых частотных поддиапазонах показывает ряд зависимостей, не соответствующих АЧХ фильтра. Рассмотрим подробнее ход частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» в тех поддиапазонах частот фильтра, которые были определены ранее при анализе его АЧХ:
- в первом поддиапазоне общей АЧХ (Рис. 3 а) фильтра на частотах 4,2.5,9 ГГц ход частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» (см. Рис. 3 б) в основном соответствует ходу АЧХ:
максимальному затуханию на частотах 4,2.4,6 ГГц от 39 дБ до 10 дБ соответствует величина КСВН входа фильтра около 16 относительных единиц; выпуклой АЧХ с минимальным затуханием 0,8 дБ на частоте 4,85 ГГц соответствует вогнутая зависимость КСВН входа с минимальным КСВН около 1,5 относительных единиц на тех же частотах. Однако, в этом поддиапазоне на частотах 5,7.5,9 ГГц наблюдается и существенное несоответствие между относительно небольшими значениями КСВН входа фильтра — от 5,5 до 8,0 относительных единиц, и большим затуханием, вносимым фильтром на этих же частотах — от 34 дБ до 48 дБ. Это несоответствие мы по-прежнему объясняем наличием в конструкции фильтра ВЩМ с шириной щели 22 мм и толщиной 6 мм (1 / 8 длины волны на частоте около 6 ГГц), осуществляющими трансформацию импедансов внутри конструкции фильтра;
- во втором поддиапазоне частот общей АЧХ фильтра — поддиапазоне полосы задерживания фильтра (ПЗФ) на частотах 5,9.8,85 ГГц — ход частотной зависимости КСВН входа шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм» совершенно не соответствует ходу АЧХ этого фильтра: в то время, как АЧХ фильтра показывает медленное монотонное уменьшение затухания от 48 дБ до 4,3 дБ на частотах от 5,9 ГГц до 8,85 ГГц, КСВН входа скачкообразно меняющуюся кривую с величинами КСВН от 7,0 относительных единиц на частоте 5,9 ГГц (затухание около 48 дБ) до 2,8 относительных единиц на частоте 6,7 ГГц (затухание около 36 дБ), до 14 относительных единиц на частоте 7,4 ГГц (затухание около 24 дБ) и до 8 относительных единиц на частоте 8,85 ГГц (затухание около 4,3 дБ). Как видно из представленных численных значений, величины КСВН входа на выбранных частотах поддиапазона ППФ не соответствуют величинам затуханий, вносимых фильтром на тех же частотах: на частотах 5,9 ГГц и 6,7 ГГц вносимые фильтром затухания, на наш взгляд, слишком велики по сравнению с величинами КСВН входа фильтра, наблюдаемыми на тех же частотах; на частотах же, близких к верхней частоте исследуемого диапазона, в частности на 8,85 ГГц, величины КСВН входа слишком велики по сравнению с вносимыми фильтром потерями. Только в диапазоне частот, близких к величине 7,4 ГГц можно говорить о соответствии величин КСВН входа фильтра (диапазон 7,1.7,5 ГГц, КСВН колеблется от 10 до 14 относительных единиц) значениям вносимых фильтром затуханий (28 дБ.. .22 дБ на частотах 7,1.7,5 ГГц).
В заключение проведенных исследований можно констатировать следующее:
- амплитудно-частотные характеристики исследованных нами шестизвенных фильтров на каскадно включенных волноводно-щелевых мембранах с величинами щелей мембран 1 мм и 22 мм показывают возможность использования таких многозвенных структур в качестве широкополосных полосно-пропускающих фильтров: для шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм» диапазон частот полосы пропускания составляет от 4,75 до 5,15 ГГц на уровне общих вносимых фильтром потерь 4,8 дБ с минимальными потерями 1,8 дБ на частоте 4,85 ГГц (см. Рис. 2 а); для шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм + 1 мм» диапазон частот полосы пропускания составляет от 4,75 ГГц до 5,45 ГГц на уровне общих вносимых фильтром потерь 3,8 дБ с минимальными потерями 0,8 дБ на частоте 4,85 ГГЦ (см. Рис. 3 а);
- в то же время, исследованные фильтры могут быть использованы как широкополосные полосно-заграждающие фильтры: для шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм» диапазон частот полосы задерживания составляет от 6 ГГц до 8 ГГц на уровне затухания 40 дБ с максимальным вносимым затуханием 62 дБ на частотах от 7,5 ГГц до 7,6 ГГц (см. Рис. 2 а); для шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм + 1 мм» диапазон частот полосы задерживания составляет от 5,75 ГГц до 6,1 ГГц на уровне затухания 40 дБ с максимальным вносимым затуханием 48 дБ на частоте 5,9 ГГц (см. Рис. 3 а);
- сравнительный анализ АЧХ шестизвенного фильтра со структурой «1 мм + 22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм» и шестизвенного фильтра со структурой «22 мм + 1 мм + 22 мм + 1 мм +22 мм + 1 мм» показывает, что первый из этих фильтров по сравнению со вторым вносит больше затухания как в полосе прозрачности (1,8 дБ против 0,8 дБ), так и в полосе задерживания (62 дБ против 48 дБ); кроме того, если АЧХ первого из этих фильтров в промежутке частот от 5,9 ГГц до 7,5 ГГц имеет вид АЧХ, характерной для фильтра нижних частот, то АЧХ второго из этих фильтров в промежутке частот от 5,9 ГГц до 8,85 ГГц имеет вид АЧХ, характерной для фильтра верхних частот;
- частотные характеристики КСВН входа обоих фильтров соответствуют их амплитудно-частотным характеристикам только частично предположительно из-за наличия эффекта внутреннего противофазного сложения в конструкции фильтров.
Литература
1. Мосейчук Р.С., Копылова Н.А., Копылов А.Ф. Исследование резонансно-щелевых топологических структур для создания волноводных фильтров СВЧ // Молодёжь и наука: сборник материалов VII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию первого полета человека в космос: Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2011. [Электронный ресурс]. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2011 (дата обращения 01.11.2015).
2. Копылов А. Ф., Копылова Н. А., Патуров Д. Е. Исследование частотных характеристик щелевых структур в прямоугольном волноводе // Всероссийская научно-техническая конференция «Системы связи и радионавигации»: сб. тезисов / Научн. ред. акад. РАН В. Ф. Шабанов; отв. за вып. А. Н. Фролов. — Красноярск: ОАО «НПП «Радиосвязь», 2014. С. 14-16.
3. Копылов А. Частотные характеристики фильтров на волноводно-щелевых мембранах. Ч1. Экспериментальное исследование многозвенных фильтров на волноводно-щелевых мембранах (ВЩМ) в диапазоне частот 5,4.8,5 ГГц / LAP LAMBERT Academic Publishing; OmniScriptum GmbH & Co. KG; Heinrich-Bocking-Str. 6-8 Saarbrucken, Deutschland / Германия, 2015. 85 с.
4. Копылов А.Ф., Копылова Н.А., Забродин А.Н. Частотные характеристики трехзвенных фильтров на волноводно-щелевых мембранах (ВЩМ) с различными величинами межмембранного зазора // Инновации в науке: Сб. ст. по материалам XLI междунар. научно-практ. конф. № 1 (38). Новосибирск: Изд-во «СибАК», 2015. С. 51-63.
5. Копылов А. Ф., Копылова Н.А., Баскова А.А. Влияние величины межмембранного зазора на частотные характеристики трехзвенных фильтров на волноводно-щелевых мембранах (ВЩМ) // Южно-Сибирский научный вестник. 2015. № 1 (9). С. 5-9. [Электронный ресурс]. URL: http://s-sibsb.ru/issues-of-the-journal.html?catid=30 (дата обращения 01.11.2015).
6. Копылов А.Ф., Копылова Н.А. Экспериментальное исследование частотных характеристик пятизвенных фильтров на волноводно-щелевых мембранах с различными величинами ширины щелей // Южно-Сибирский научный вестник. 2015. № 1 (9). С. 24-34. [Электронный ресурс]. URL: http://s-sibsb.ru/issues-of-the-journal.html?catid=30 (дата обращения 01.11.2015).
7. Копылов А.Ф., Копылова Н.А. Экспериментальное исследование частотных характеристик волноводно-щелевых мембран (ВЩМ) и многозвенных фильтров на их основе в сантиметровом диапазоне длин волн // Междунар. научн. журнал: Уникальные исследования XXI века: материалы объемных статей и коллективных монографий Общества Науки и Творчества за январь 2015. Под общ. Ред С.В. Кузьмина. Казань, № 1 (1), 2015. С. 129-181. [Электронный ресурс]. URL: http://perechen-izdaniy.ru/entity/unikal-nye-issledovaniya-xxi-veka (дата обращения 01.11.2015).
