PL248903B1

PL248903B1 - Układ dwuobwodowego, przestrajanego, planarnego mikrofalowego filtru pasmowoprzepustowego

Info

Publication number: PL248903B1
Application number: PL446022A
Authority: PL
Inventors: Mirosław Magnuski; Dariusz Wójcik; Maciej Surma; Artur Noga
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2023-09-04
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2026-02-09
Also published as: PL446022A1

Abstract

Układ dwuobwodowego, przestrajanego, planarnego mikrofalowego filtru pasmowoprzepustowego, charakteryzuje się tym, że wykonany jest w technice mikropaskowej jako dwuwarstwowy obwód drukowany i zbudowany jest z sześciu odcinków mikropaskowych linii transmisyjnych: (L1, L2, L3, L4, L5, L6) o korzystnie dobranych impedancjach charakterystycznych i długościach, dwóch par mikropaskowych linii sprzężonych o korzystnie dobranych impedancjach charakterystycznych i impedancjach wzajemnych: pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) składającej się z linii (LS1, LS2) oraz drugiej pary linii sprzężonych (PLS2) składającej się z linii (LS3, LS4), czterech diod pojemnościowych: (D1, D2, D3, D4), czterech przelotek łączących do masy: (V1, V2, V3, V4) i dwóch rezystorów: (R1, R2), elementy filtru rozmieszczone są na jednej warstwie obwodu drukowanego, drugą metalizowaną warstwę stanowi masa układu, przy czym wrota wejściowe (WWE) stanowi pierwszy koniec (KL1-1) pierwszej linii (L1), której drugi koniec (KL1-2) dołączony jest do pierwszego końca (KL2-1) drugiej linii (L2) oraz do pierwszego końca (KLS1-1) pierwszej linii sprzężonej (LS1) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1), przy czym drugi koniec (KLS1-2) pierwszej linii sprzężonej (LS1) jest dołączony do masy układu za pomocą pierwszej przelotki (V1), drugi koniec (KL2-2) drugiej linii (L2) dołączony jest do anody drugiej diody pojemnościowej (D2), której katoda dołączona jest do katody pierwszej diody pojemnościowej (D1) oraz do pierwszego doprowadzenia (KR1-1) pierwszego rezystora (R1), anoda pierwszej diody pojemnościowej (D1) dołączona jest do pierwszego końca (KL3-1) trzeciej linii (L3), której drugi koniec (KL3-2) dołączony jest do pierwszego końca (KLS3-1) trzeciej linii sprzężonej (LS3) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2), drugi koniec (KLS3-2) trzeciej linii sprzężonej (LS3) dołączony jest do masy układu za pomocą przelotki (V3), trzecia linia (L3) jest zagięta pod kątem prostym, natomiast wrota wyjściowe (WWY) stanowi drugi koniec (KL6-2) szóstej linii (L6),której pierwszy koniec (KL6-1) dołączony jest do drugiego końca (KL5-2) piątej linii (L5) oraz do pierwszego końca (KLS4-1) czwartej linii sprzężonej (LS4) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2), drugi koniec (KLS4-2) czwartej linii sprzężonej (LS4) jest dołączony do masy układu za pomocą pierwszej przelotki (V4), pierwszy koniec (KL5-1) piątej linii (L5) dołączony jest do anody trzeciej diody pojemnościowej (D3), której katoda dołączona jest do katody czwartej diody pojemnościowej (D4) oraz do pierwszego doprowadzenia (KR2-1) drugiego rezystora (R2), anoda czwartej diody pojemnościowej (D4) dołączona jest do drugiego końca (KL4-2) czwartej linii (L4), przy czym pierwszy koniec (KL4-1) czwartej linii (L4) dołączony jest do pierwszego końca (KLS2-1) drugiej linii sprzężonej (LS2) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1), drugi koniec (KLS2-2) drugiej linii sprzężonej (LS2) dołączony jest do masy układu za pomocą przelotki (V2), czwarta linia (L4) jest zagięta pod kątem prostym, drugie doprowadzenie (KR1-2) pierwszego rezystora (R1) oraz drugie doprowadzenie (KR2-2) drugiego rezystora (R2) dołączone są do napięcia sterującego (VS).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ dwuobwodowego. przestrajanego, planarnego, mikrofalowego filtru pasmowoprzepustowego o dużym zakresie przestrajania częstotliwości środkowej, przeznaczonego do bloków wejściowych, preselektorów odbiorników mikrofalowych oraz bloków częstotliwości pośredniej odbiorników mikrofalowych z konwerterem częstotliwości.

Dotychczas znane są mikrofalowe planarne filtry pasmowoprzepustowe zbudowane z linii mikropaskowych, paskowych lub koplanarnych, z których wykonuje się w filtrach pasmowoprzepustowych układy rezonatorów sprzężonych wzajemnie. Poszczególne rezonatory wchodzące w skład filtru sprzężone są wzajemnie galwanicznie lub poprzez pole elektromagnetyczne, co uzyskuje się poprzez zastosowanie elementów reaktancyjnych o charakterze pojemnościowym lub indukcyjnym wspólnych dla sprzęganych rezonatorów lub poprzez wykorzystanie odcinków linii transmisyjnych wzajemnie sprzężonych.

Częstotliwość środkowa filtrów jest zmieniana drogą zmiany częstotliwości roboczej rezonatorów. Rezonatory tworzące filtr są przestrajane poprzez zmianę długości elektrycznej tworzących je linii transmisyjnych, co jest osiągane w filtrach przestrajanych elektrycznie za pomocą elementów reaktancyjnych takich jak diody pojemnościowe lub kondensatory MEMS.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie nowego, innowacyjnego układu dwuobwodowego planarnego mikrofalowego filtru pasmowoprzepustowego o przestrajanej częstotliwości środkowej.

Cel ten osiągnięto dzięki zastosowaniu w strukturze filtru dwuobwodowego, którego częstotliwość środkowa przestrajana jest za pomocą diod pojemnościowych, podwójnych sprzężeń elektromagnetycznych wykonanych z pomocą dwóch par mikropaskowych linii sprzężonych.

Układ dwuobwodowego, przestrajanego, planarnego, mikrofalowego filtra pasmowoprzepustowego charakteryzuje się tym, że wykonany jest w technice mikropaskowej jako dwuwarstwowy obwód drukowany i zbudowany jest z sześciu odcinków mikropaskowych linii transmisyjnych o korzystnie dobranych impedancjach charakterystycznych i długościach, dwóch par mikropaskowych linii sprzężonych o korzystnie dobranych impedancjach charakterystycznych i impedancjach wzajemnych: pierwszej pary linii sprzężonych składającej się z linii pierwszej i drugiej oraz drugiej pary linii sprzężonych składającej się z linii trzeciej i czwartej, czterech diod pojemnościowych, czterech przelotek łączących do masy i dwóch rezystorów, elementy filtru rozmieszczone są na jednej warstwie obwodu drukowanego, drugą metalizowaną warstwę stanowi masa układu, przy czym wrota wejściowe stanowi pierwszy koniec pierwszej linii, której drugi koniec dołączony jest do pierwszego końca drugiej linii oraz do pierwszego końca pierwszej linii sprzężonej wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych, przy czym drugi koniec pierwszej linii sprzężonej jest dołączony do masy układu za pomocą pierwszej przelotki, drugi koniec drugiej linii dołączony jest do anody drugiej diody pojemnościowej, której katoda dołączona jest do katody pierwszej oraz do diody pojemnościowej pierwszego doprowadzenia pierwszego rezystora, anoda pierwszej diody pojemnościowej dołączona jest do pierwszego końca trzeciej linii, której drugi koniec dołączony jest do pierwszego końca trzeciej linii sprzężonej wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych, drugi koniec trzeciej linii sprzężonej dołączony jest do masy układu za pomocą trzeciej przelotki, trzecia linia jest zagięta pod kątem prostym, natomiast wrota wyjściowe stanowi drugi koniec szóstej linii, której pierwszy koniec dołączony jest do drugiego końca piątej linii oraz do pierwszego końca czwartej linii sprzężonej wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych, drugi koniec czwartej linii sprzężonej jest dołączony do masy układu za pomocą czwartej przelotki, pierwszy koniec piątej linii dołączony jest do anody trzeciej diody pojemnościowej, której katoda dołączona jest do katody czwartej diody pojemnościowej oraz do pierwszego doprowadzenia drugiego rezystora, anoda czwartej diody pojemnościowej dołączona jest do drugiego końca czwartej linii, przy czym pierwszy koniec czwartej linii dołączony jest do pierwszego końca drugiej linii sprzężonej wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych, drugi koniec drugiej linii sprzężonej dołączony jest do masy układu za pomocą drugiej przelotki, czwarta linia jest zagięta pod kątem prostym, drugie doprowadzenie pierwszego rezystora oraz drugie doprowadzenie drugiego rezystora dołączone są do napięcia sterującego.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość zastosowania filtru o dużym zakresie przestrajania częstotliwości środkowej, przy zachowaniu stałej względnej szerokości pasma w pełnym zakresie.

Dzięki wykorzystaniu w strukturze filtru podwójnych, elektromagnetycznych układów sprzęgających, charakterystyka częstotliwościowa filtru posiada dodatkowy biegun tłumienia występujący w górnym paśmie przejściowym, co korzystnie zwiększa stromość górnego zbocza jego charakterystyki częstotliwościowej. Dzięki szeregowemu połączeniu diod pojemnościowych odpowiedzialnych za przestrajanie częstotliwości środkowej filtru z liniami transmisyjnymi tworzącymi rezonatory, w wyniku wchłonięcia pasożytniczych indukcyjności oprawek diod pojemnościowych, częstotliwość środkowa filtru może być przestrajana w ponad-oktawowym zakresie. Zastosowane elekromagnetyczne układy sprzężenia wykorzystują pary linii sprzężonych, w których jedno z doprowadzeń każdej linii w parze jest dołączone do masy układu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, który przedstawia obwód drukowany filtru zbudowany z sześciu linii mikropaskowych, dwóch par sprzężonych linii mikropaskowych, czterech przelotek, czterech diod pojemnościowych i dwóch rezystorów rozmieszczonych na powierzchni podłoża dielektrycznego.

Układ według wynalazku jest dwuobwodowym filtrem pasmowoprzepustowym wykonanym w technice mikropaskowej. Elementy filtru występują na jednej z warstw obwodu drukowanego. Druga, w całości metalizowana warstwa, stanowi masę układu. Filtr zbudowany jest z dwóch sprzężonych rezonatorów.

Sygnał doprowadzony jest do pierwszego końca (KL1-1) linii (L1) będącego wrotami wejściowymi (WWE) filtru. Drugi koniec (KL1-2) tej linii dołączony jest do pierwszego rezonatora w węźle wejściowym rezonatora utworzonym przez połączenie pierwszego końca (KLS1-1) pierwszej linii sprzężonej (LS1) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) oraz pierwszego końca (KL2-1) drugiej linii mikropaskowej (L2).

Pierwszy rezonator filtru zbudowany jest z połączonych linii (LS1), (L2), (L3), (LS3) oraz z diod pojemnościowych (D1), (D2) i przelotek (V1), (V3). Pierwsza przelotka (V1) dołącza do masy układu drugi koniec (KLS1-2) pierwszej linii sprzężonej (LS1) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1). Pierwszy koniec (KLS1-1) pierwszej linii sprzężonej (LS1) wchodzącej w skład pierwszej paty linii sprzężonych (PLS1) dołączony jest do węzła wejściowego rezonatora, do którego dobiega pierwszy koniec (KL2-1) linii mikropaskowej (L2). Drugi koniec (KL2-2) tej linii dołączony jest do anody drugiej diody pojemnościowej (D2). Katoda tej diody dołączona jest do katody pierwszej diody pojemnościowej (D1). Anoda pierwszej diody pojemnościowej (D1) dołączona jest do pierwszego końca (KL3-1) trzeciej linii mikropaskowej (KL3). Drugi koniec (KL3-2) lej linii dołączony jest do pierwszego końca (KLS3-1) trzeciej linii sprzężonej (LS3) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2). Drugi koniec (KLS3-2) trzeciej linii sprzężonej (LS3) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2) dołączony jest do masy układu za pomocą przelotki (V3). Linia (L1) wraz z pierwszą linią sprzężoną (LS1) wchodzącą w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) są elementami odpowiedzialnymi za dopasowanie impedancji wejściowej filtru widzianej w jego wrotach wejściowych (WWE) do impedancji źródła sygnału.

Sygnał wyjściowy filtru jest odprowadzany z drugiego końca (KL6-2) linii (L6) będącego wrotami wyjściowymi (WWY) filtru. Pierwszy koniec (KL6-1 tej linii dołączony jest do drugiego rezonatora w węźle wyjściowym rezonatora utworzonym przez połączenie pierwszego końca (KLS4-1) czwartej linii sprzężonej (LS4) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PSL2) oraz drugiego końca (KL5-2) piątej linii mikropaskowej (15).

Drugi rezonator filtru zbudowany jest z połączonych linii (LS2), (L4), (L5), (LS4) oraz z diod pojemnościowych (D3), (D4) i przelotek (V2), (V4). Czwarta przelotka (V4) dołącza do masy układu drugi koniec (KLS4-2) czwartej linii sprzężonej (LS4) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2). Pierwszy koniec (KLS4-1) czwartej linii sprzężonej (LS4) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2) dołączony jest do węzła wyjściowego rezonatora, do którego dobiega drugi koniec (KL5-2) piątej linii mikropaskowej (L5). Pierwszy koniec (KL5-1) tej linii dołączony jest do anody trzeciej diody pojemnościowej (D3). Katoda tej diody dołączona jest do katody czwartej diody pojemnościowej (D4). Anoda czwartej diody pojemnościowej (W) dołączona jest do drugiego końca (KL4-2) czwartej linii mikropaskowej (L4). Pierwszy koniec (KL4-1) tej linii dołączony jest do pierwszego końca (KLS2-1) drugiej linii sprzężonej (LS2) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1). Drugi koniec (KLS2-2) drugiej linii sprzężonej (LS2) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) dołączony jest do masy układu za pomocą przelotki (V2).

Linia (L6) wraz z czwartą linią sprzężoną (LS4) wchodzącą w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2) są elementami odpowiedzialnymi za dopasowanie impedancji wyjściowej filtru widzianej w jego wrotach wyjściowych (WWY) do impedancji obciążenia.

Filtr posiada dwa obwody sprzęgające. Pierwszy obwód sprzęgający zbudowany jest z pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) w skład której wchodzą pierwsza linia sprzężona (LS1) i druga linia sprzężona (LS2). Drugi obwód sprzęgający zbudowany jest z drugiej pary linii sprzężonych (PLS2), w skład której wchodzą trzecia linia sprzężona (LS3) i czwarta linia sprzężona (LS4).

Podwójne sprzężenie rezonatorów pozwala na uzyskanie w charakterystyce częstotliwościowej filtru bieguna tłumienia występującego w jej górnym paśmie przejściowym.

Linie (L3) i (L4) są wygięte pod kątem prostym w korzystnie dobranych punktach w celu uzyskania równoległości Iinii sprzężonych (LS1) i (LS2) wchodzących w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) oraz równoległości linii sprzężonych (LS3) i (LS4) wchodzących w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2).

Częstotliwość środkowa filtru przestrajana jest napięciem (YS) doprowadzonym przez rezystory (R1), (R2) do dwóch par diod pojemnościowych połączonych ze sobą katodami: pary (D1) i (D2) oraz pary (D3) i (D4). Drugie doprowadzenia rezystorów (R1), (R2) odpowiednio (KR 1-2), (KR2-2) są dołączone do napięcia (YS). Pierwsze doprowadzenie (KR1-1) rezystora (R1) dołączone jest do połączonych katod diod pojemnościowych (D1) i (D2). Pierwsze doprowadzenie (KR2-1) rezystora (R2) dołączone jest do połączonych katod diod pojemnościowych (D3) i (D4).

Claims

Zastrzeżenie patentowe

1. Układ dwuobwodowego, przestrajanego, planarnego mikrofalowego filtru pasmowoprzepustowego znamienny tym, że wykonany jest w technice mikropaskowej jako dwuwarstwowy obwód drukowany i zbudowany jest z sześciu, odcinków mikropaskowych linii transmisyjnych: (L1), (L2), (L3), (L4), (L5), (L6) o korzystnie dobranych impedancjach charakterystycznych i długościach, dwóch par mikropaskowych linii sprzężonych o korzystnie dobranych impedancjach charakterystycznych i impedancjach wzajemnych: pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1) składającej się z linii (LS1) i (LS2) oraz drugiej pary linii sprzężonych (PLS2) składającej się z linii (LS3) i (LS4), czterech diod pojemnościowych; (D1), (D2), (D3), (D4), czterech przelotek łączących do masy: (Y1), (Y2), (Y3), (Y4) i dwóch rezystorów: (R1), (R2), elementy filtru rozmieszczone są na jednej warstwie obwodu drukowanego, drugą metalizowaną warstwę stanowi masa układu, przy czym wrota wejściowe (WWE) stanowi pierwszy koniec (KL1-1) pierwszej linii (L1), której drugi koniec (KL1-2) dołączony jest do pierwszego końca (KL2-1) drugiej linii (L2) oraz do pierwszego końca (KLS1-1) pierwszej linii sprzężonej (LS1) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1), przy czym drugi koniec (KLS1-2) pierwszej linii sprzężonej (LS1) jest dołączony do masy układu za pomocą pierwszej przelotki (Y1), drugi koniec (KL2-2) drugiej linii (L2) dołączony jest do anody drugiej diody pojemnościowej (D2), której katoda dołączona jest do katody pierwszej diody pojemnościowej (D1) oraz do pierwszego doprowadzenia (KR1-1) pierwszego rezystora (R1), anoda pierwszej diody pojemnościowej (D1) dołączona jest do pierwszego końca (KL3-1) trzeciej linii (L3), której drugi koniec (KL3-2) dołączony jest do pierwszego końca (KLS3-1) trzeciej linii sprzężonej (LS3) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2), drugi koniec ( KLS3-2) trzeciej linii sprzężonej (LS3) dołączony jest do masy układu za pomocą przelotki (Y3), trzecia linia (L3) jest zagięta pod kątem prostym, natomiast wrota wyjściowe (WWY) stanowi drugi koniec (KL6-2) szóstej linii (L6), której pierwszy koniec (KL6-1) dołączony jest do drugiego końca (KL5-2) piątej linii (L5) oraz do pierwszego końca (KLS4-1) czwartej linii sprzężonej (LS4) wchodzącej w skład drugiej pary linii sprzężonych (PLS2), drugi koniec (KLS4-2) czwartej linii sprzężonej (LS4) jest dołączony do masy układu za pomocą pierwszej przelotki (Y4), pierwszy koniec (KL5-1) piątej linii (L5) dołączony jest do anody trzeciej diody pojemnościowej (D3), której katoda dołączona jest do katody czwartej diody pojemnościowej (D4) oraz do pierwszego doprowadzenia (KR2-1) drugiego rezystora (R2), anoda czwartej pojemnościowej (D4) dołączona jest do drugiego końca (KL4-2) czwartej linii (L4), przy czym pierwszy koniec (KL4-1) czwartej linii (L4) dołączony jest do pierwszego końca (KLS2-1) drugiej linii sprzężonej (LS2) wchodzącej w skład pierwszej pary linii sprzężonych (PLS1), drugi koniec (KLS2-2) drugiej

PL 248903 Β1 linii sprzężonej (LS2) dołączony jest do masy układu za pomocą przelotki (V2). czwarta linia (L4) jest zagięta pod kątem prostym, drugie doprowadzenie (KR1-2) pierwszego rezystora (R1) oraz drugie doprowadzenie (KR2-2) drugiego rezystora (R2) dołączone są do napięcia sterującego (ł/S).