Микрополосковый фильтр на штыревой гребенке с многослойной подложкой
Полезная модель относится к радиотехнике и технике СВЧ и может быть использована в радиоэлектронной аппаратуре.
Сущность полезной модели заключается в том, что микрополосковый фильтр низких частот содержит многослойную диэлектрическую подложку, на одной стороне которой выполнена импедансная штыревая гребенка, и расположенный с другой стороны подложки изотропный металлический экран, согласно полезной модели, диэлектрическая подложка выполняется с толщиной, равной четверти рабочей длины волны, содержит число слоев не менее трех с линейно уменьшающимся от плоскости экрана к плоскости импедансной штыревой гребенки волновым сопротивлением.
Предложенный миниатюрный фильтр низких частот характеризуется увеличенной частотой отсечки по сравнению с прототипом, при сохранении четкой фиксации частоты отсечки, отсутствии высших паразитных полос пропускания, обладающего малыми потерями и высокой собственной добротностью в диапазоне СВЧ.
Полезная модель относится к радиотехнике и технике СВЧ, и может быть использована в радиоэлектронной аппаратуре.
Известны гребенчатые полосовые фильтры на симметричных воздушно-полосковых или печатных микрополосковых линиях, содержащие ряд однонаправленных стержней круглой или прямоугольной формы, одинаковой длины и равного диаметра, нагруженные на конденсаторы одинаковых емкостей. Длина стержней l выбирается из условия: l/
0
1/8, где 0 - центральная длина волны полосы пропускания [Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. М.: Связь, 1971. - Т.1., С.420-439].
Недостатком таких фильтров является отсутствие четкой фиксации частот отсечек, что обусловлено сравнительно большой оконечной емкостью гребешков, наличие высших паразитных полос пропускания, а также их большие габариты и масса при использовании металлической конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является микрополосковый фильтр низких частот на штыревой гребенке [Патент РФ на полезную модель 
46389, МПК H01P 1/205. Авторы: Елизаров А.А., Лебедева Т.А. Опубл. в Бюл. 18, 2005]. Такой фильтр содержит однослойную диэлектрическую подложку, на одной стороне которой выполнена штыревая гребенка и огибающая с зазором ее концы ломаная планка, которая соединена с изотропным металлическим экраном, выполненным с другой стороны подложки.
Недостатком данного фильтра является отсутствие возможности увеличения частоты отсечки без изменения топологии и геометрических размеров.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание миниатюрного фильтра низких частот с увеличенной частотой отсечки по сравнению с прототипом, без изменения топологического рисунка и геометрических размеров, при сохранении четкой фиксации частоты отсечки, отсутствии высших паразитных полос пропускания, обладающего малыми потерями и высокой собственной добротностью в диапазоне СВЧ.
Поставленная техническая задача решается тем, что в микрополосковом фильтре низких частот, содержащем многослойную диэлектрическую подложку, на одной стороне
Поставленная техническая задача решается тем, что в микрополосковом фильтре низких частот, содержащем многослойную диэлектрическую подложку, на одной стороне которой выполнена импедансная штыревая гребенка, и расположенный с другой стороны подложки изотропный металлический экран, согласно предложенной полезной модели, диэлектрическая подложка выполнена с толщиной, равной четверти рабочей длины волны, и включает не менее трех слоев с линейно уменьшающимся от плоскости экрана к плоскости импедансной штыревой гребенки волновым сопротивлением.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является увеличение частоты отсечки микрополоскового фильтра низких частот, что обеспечивается использованием многослойной диэлектрической подложки с согласованными волновыми сопротивлениями слоев.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами на фиг.1-4, где
на фиг.1 показана 3D-модель микрополоскового фильтра низких частот, выполненная на трехслойной подложке;
на фиг.2 и 3 показаны характеристики комплексного коэффициента передачи S21 и коэффициента отражения S11 фильтра от частоты соответственно, рассчитанные с помощью программы AWR Design Environment (Microwave Office) для случая однослойной платы (кривые 1 - численный расчет и 2 - схемотехнический расчет), для случая трехслойной платы (кривая 3) и пятислойной платы (кривая 4)
Из анализа данных кривых следует, что с увеличением числа слоев частота среза фильтра увеличивается с 8 ГГц для однослойной платы до 12 ГГц для трехслойной платы и 13 ГГц - для пятислойной платы. При этом рост частоты среза достигается без увеличения коэффициента S11, расчетные значения которого не превышают единицу.
на фиг.4 приведен пример зависимости |Г| от числа слоев N для модели фильтра низких частот на трехслойной плате с линейным изменением относительной диэлектрической проницаемости (
1=9,8; 2=5,6; 3=2,4)
Рисунок на фиг.1 включает следующие позиции:
1 - импедансная штыревая гребенка;
2 - изотропный металлический экран,
3, 4, 5 - слои четвертьволновой подложки с линейно уменьшающимся от плоскости экрана к плоскости импедансной штыревой гребенки волновым сопротивлением.
Принцип работы фильтра низких частот на планарной гребенчатой замедляющей системе заключается в том, что периодическая полосковая гребенка при последовательном включении в линию передачи пропускает электромагнитные волны, начиная с нулевой частоты - и до частоты среза, которая определяется свойствами гребенки в режиме противофазного наложения волн, отраженных от четвертьволновых выступов. Согласование слоев многослойной печатной платы фильтра обеспечивается по величине волнового (характеристического) сопротивления, которое определяется по формуле: 
, где µ, - относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости слоя соответственно.
Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами расчета и анализа зависимостей модуля коэффициента отражения от многослойной диэлектрической среды с линейно и скачкообразно изменяющимся значением относительной диэлектрической проницаемости. Модуль коэффициента отражения |Г| для двух слоев диэлектрика с номерами 1 и 2 может быть рассчитан по формуле:
и аналогично получен для любого числа слоев. На фиг.4 приведен пример зависимости |Г| от числа слоев N для модели фильтра низких частот на трехслойной плате с линейным изменением относительной диэлектрической проницаемости (1=9,8; 2=5,6; 3=2,4) и аналогичного по топологии фильтра-прототипа на однослойной плате, в поперечном сечении которого волновое сопротивление меняется скачком (1=9,8; 2=1,0). Из полученных графиков видно, что фильтр на трехслойной плате отличается от фильтра-прототипа почти вдвое меньшим и практически равномерным по сечению печатной платы модулем коэффициента отражения.
Достоинством предложенного фильтра является также отсутствие высших паразитных полос пропускания. Это объясняется тем, что нерегулярные согласующие выступы гребенки на входе и на выходе одновременно фильтруют все частоты цепи выше частоты отсечки.
Микрополосковый фильтр низких частот, содержащий многослойную диэлектрическую подложку, на одной стороне которой выполнена импедансная штыревая гребенка, и расположенный с другой стороны подложки изотропный металлический экран, отличающийся тем, что диэлектрическая подложка выполнена толщиной, равной четверти рабочей длины волны, и включает не менее трех слоев с линейно уменьшающимся от плоскости экрана к плоскости импедансной штыревой гребенки волновым сопротивлением.
