CC BY
39
УДК 621.372.828
М1КРОСМУГОВ1 Ф1ЛЬТРИ НА КШЬЦЕВИХ РЕЗОНАТОРАХ ДЕЦИМЕТРОВОГО Д1АПАЗОНУ ДОВЖИН ХВИЛЬ
Маслюк Т.В., Омельяненко М.Ю., Туреева О.В.
Наведет результати теоретичного та експериментального досл1дження м1кро-смугових фшьтр1в на кшьцевих резонаторах, як1 дозволяють зменшити розм1ри селек-тивних пристрогв в короткохвильовт частим дециметрового д1апазону довжин хвиль та покращити Их електричнг I технолог1чн1 характеристики.
Вступ
Широке освоення НВЧ^апазону висувае яюсно новi вимоги до техно-лопчност^ габарилв, вартост й електричних характеристик пристро!в, якi намагаються задовольнити виконуючи весь тракт прийомо-передавача на однш полiмернiй пiдложцi [1,2]. При цьому виникають суттевi труднощi при реашзаци тракту промiжноl частоти (ПЧ) ^ зокрема, смугових фшьт-рiв, оскшьки !х реалiзацiя на зосереджених елементах веде до значних ре-зонансних втрат i нестабiльностi характеристик, а на розподшених - до значних габарш!в.
гг • • •
1еоретичн1 та експериментальн1 досл1дження
Предметом дослщження е мiкросмуговий фiльтр, побудований на кшь-цевому резонаторi, що виконаний у виглядi згорнутого у кшьце вiдрiзка лши передачi, кiнцi якого з'еднаш. Подiбна реалiзацiя дозволила тдвищи-ти добротнiсть резонатора при одночасному зменшенш його розмiрiв так, що розроблений дворезонаторний фшьтр на центральну частоту смуги пропускання 560 МГц мав розмiри 20*40 мм . Структурна схема i вартнт реашзацп фiльтра на кiльцевих резонаторах з зовшшшм емнiсним зв'язком наведет на рис.1, 2, де ЛП - лтя передачу Рез1, Рез2, ... Рез^ - кiльцевi резонатори; Ссв1, Ссв2, ... Ссв^ - емност зв'язку.
С св1 С св2 С св 3 С св N-1 С свИ
Рис.1
Синтез дворезонаторного фшьт-ра, зображеного на рис.2, проводиться на базi матрицi передачi ю-льцевого резонатора, знайдено! за допомогою теорп кiл. Ця задача розв'язуеться, за допомогою блочного методу.
Використовуючи принцип деко-мпозици, кшьцевий резонатор, е^валентна схема якого наведена на рис.3,
68 В^ник Нацюнального техтчногоутеерситету Украгни "КП1"
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудуеання.-2007.-№34
Рис.2
розбиваеться на двi гшки (верхню i нижню), як показано на рис.4 (Т1 i Т3.-матрицi передачi вiдрiзкiв лiнiй, Т2 - матриця передачi послiдовно включено! емност^ Т^= Т\ Т2 Т3 - матриця передачi нижньо! гiлки).
Рис.3
Те^ У2 Рис.4
Видно, що верхня гiлка - вiдрiзок лши передачi i 11 матриця провiдностi визначаеться як
Щ (р/) 1
7201 1
7^01 81П(р/)
с* (в/)
М^т^З/) 72 01
де в - стала розповсюдження; 7 - уявна одиниця; 20=1/У0 ; 201=1/У01 - хви-льовий опiр вiдповiдно тдвщно! лши та лши резонатора.
Нижню гшку розiб'емо на три блоки - два вiдрiзки лши передачi i ем-нiсть. Для кожного з блоюв окремо знаходимо Т-матрицю (матрицю пере-дачi), а по^м, враховуючи каскадне включення блокiв, знаходимо сумарну матрицю передачi нижньо! гшки резонатора. За формулами переходу |Т^|7| [3], шсля простих перетворень отримуемо елементи матриц провь дностi У2 нижньо! гiлки:
у (2) _ 1 11 .У01 А ( 7 + 2 е7в(1+
У (2) = 112 2У ' А У (2) = 2У01 ' У21 "А '
у (2) = 1 22 У01 А (2 + 2е7Р((1+/2)_
,-7Р(4+ /2
)+ 7Р(/1-/2 2 е
1
+
2-7
,-7в ((1+ /2
)
г
201 01
.10-7в(/1-/2)
+ •
.е-7в((1+/2))
2 2 2 де А = Т11 + Т21 - Т12 -Т22, ю - кругова частота.
Поелементно склавши (1) i (2), одержуемо матрицю провщност всього резонатора ^ далi, матрицю розсiювання [3].
Анашз отриманих виразiв показав можливють пiдвищення селективнос-тi фiльтра при мшмальнш кiлькостi ланок за рахунок наявност полюса амплiтудно-частотно! характеристики (АЧХ). Положення полюса АЧХ ви-значаеться параметрами мiжкаскадного зв'язку: емнiсний мiжкаскадний зв'язок забезпечуе полюс на частой вище центрально! частоти смуги про-
В^ник Нащонального техшчногоутеерситету Украгни "КП1" 69
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№34
пускання фшьтра, а шдуктивний - нижче. АЧХ кшьцевого резонатора, включеного в нерозривний тракт ("на прохщ") наведена на рис.5
Розрахунок фшьтра зводиться до знаходження параметрiв одиночного резонатора, що забезпечують потрiбну крутизну АЧХ, i вибору параметрiв зв'язку при каскадному включенш резонаторiв. Подальша оптимiзацiя па-раметрiв елементiв фiльтра дае можливiсть отримати потрiбну АЧХ.
о -20 -40
10log[(|S21(f)| )2] "60 -80 -100 -120
3-108 3.5-108 4-108 4.5-108 5-108 5.5-108 6-108 6.5-108 7-108 7.5-108 8-108 8.5-108 9-108
f
Рис.5
-10
10 1og[(|S21SCf)l)2]
"30
Смуговий фшьтр був створений з використанням каскадного включення кiльцевих резонаторiв i емностей зв'язку. В середовишд МмИСЛО 2000 створена математична модель дворезонаторного фшьтра. Шсля проведення оптимiзащl була створена мiкросмугова топологiя, вщповщно до яко! ви-готовлено експериментальний зразок дворезонаторного фiльтра. Результа-ти дослщження фiльтра наведенi на рис. 6 (суцшьна крива - розрахунок, точки - експеримент).
Висновки
Розроблена теоретична модель смугового фiльтра на кшьцевих резонаторах задовiльно описуе поведiнку фiльтра та дозволяе використати при конструюванш переваги кiльцевих резонаторiв. Наведений варiант реаль заци смугового фшьтра не потребуе ладнання та передбачае використання
70 BicnuK Нащонаяьного техтчногоутеерситету Украгни "КП1"
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№34
У ♦ ♦
♦ № * * * * ►
/ / /
/
0 1-Ю8 2-Ю8 3-Ю8 4 108 5 108 б 108 7 108 8-Ю8 9 1
f,fl
Рис.6
прогресивних методiв штегрально! технологи. Лгтература
1. Makimoto M. Varactor tuned bandpass filters using microstrip line ring resonators.//
IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 1986, p. 411-414.
2. Sagawa M. Dielectric split ring resonators and their application to filters and oscilla-tors.//IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 1988, p. 605-608.
3. Фельдштейн А. Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на
СВЧ. М., Связь, 1971._
Маслюк Т.В., Омельяненко М.Ю., Туреева О.В. Микрополосковые фильтры на кольцевых резонаторах дециметрового диапазона длин волн
Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования микрополосковых фильтров на кольцевых резонаторах, которые позволяют уменьшить габариты устройств в коротковолновой части дециметрового диапазона длин волн и улучшить их электрические и технологические характеристики._
Maslyuk T.V., Omelianenko M.Y., Turieieva O.V. Microstrip filters, based on ring resonators, in the short part of decimeter wavelength band
The results of an design of theoretic and experimental research of a microstrip filters, based on ring resonators, which enable to reduce their dimensions in the short part of decimeter wavelength, have the improved electrical and technological characteristics are given._
BicnuK Нащонального техтчногоутеерситету Украгни "КПГ Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№34
