Представлений короткий огляд смугасто-проникних фільтрів (ППФ) СВЧ, розроблених і вироблених в ЗАТ «НВФ Микран» (Томськ). На якісному рівні розглянуті їх основні переваги та недоліки з точки зору електричних характеристик і масо-габаритних показників. Наведені приклади топологічної і конструктивної реалізації СВЧ фільтрів.
Частотно-селективні пристрої є невід'ємною складовою частиною будь-якої системи зв'язку. При цьому зі зростанням складності систем зв'язку вимоги до електричних і масо-габаритних параметрів пристроїв частотної селекції постійно посилюються. У даній статті наводяться результати розробок ППФ, які є одним з базових елементів системи частотної селекції в радіотехнічної апаратури.
На рис. 1 наведена схема, яка характеризує систему позначень фільтрів, що випускаються ЗАТ «НВФ Микран».
Мал. 1. Система позначень фільтрів, що випускаються ЗАТ «НВФ Микран»
Класифікатор характеризує тільки варіант конструктивного виконання і граничні частоти смуги пропускання фільтрів. Основні вимоги до електричних характеристик (КСХН і рівень втрат в смузі пропускання, придушення на заданих відбудови, вимоги до паразитних смуг), а також до габаритних параметрів (обмеження розмірів, тип і положення роз'ємів і ін.) В класифікатор не включені і обговорюються окремо в кожному конкретному випадку.
Варіанти топологічного і конструктивного виконання ППФ
мікрополоскових фільтри
Основними перевагами даного конструктивного виконання є гранично малі габаритні розміри, а також можливість розміщення таких фільтрів всередині корпусу більш складних функціональних вузлів (наприклад, конвертерів), що виготовляються за технологією ГІС. Головний недолік - відносно низька добротність резонаторних елементів (Q ≈ 200-250), внаслідок чого вузькосмугові мікрополоскових фільтри мають досить великі втрати в смузі пропускання. На рис. 2 наведені топології основних типів мікросмужкових ППФ. Як матеріал підкладок використовується поликор ВК-100 (# 949; = 9,8).
Мал. 2. Компонування основних типів мікросмужкових ППФ:
а) ППФ на зустрічних лініях MFPM1047050101;
б) ППФ на «шпильках» MFPM1047050102;
в) ППФ на напівхвильових резонаторах з бічної зв'язком MFPM10812101;
г) ППФ на напівхвильових резонаторах з торцевої зв'язком MFPM1362400100
Основні електричні характеристики даних фільтрів (центральна частота настройки f0. Ширина смуги пропускання # 916; f. загасання на центральній частоті L0 і коефіцієнт прямокутності за рівнем N д Б kП (N д Б)), а також розміри підкладок наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Основні електричні характеристики мікросмужкових фільтрів
3,0 (за рівнем -20 дБ)
Сучасні системи зв'язку, особливо супутникові системи і системи зв'язку з рухомими об'єктами, вимагають наявності в своєму складі мініатюрних вузькосмугових фільтрів, для яких висуваються досить жорсткі вимоги до лінійності фазової характеристики (нерівномірності групового часу затримки). В даний час розроблені нові топології Полоскова фільтрів, які при задоволенні вищевказаного вимоги є значно меншими габаритними розмірами в порівнянні з класичними типами [1, 2]. Як приклад на рис. 3 представлений розроблений ППФ на напівхвильових резонаторах з перехресної зв'язком (в якості матеріалу підкладки використовується Флан-10). Нерівномірність групового часу затримки для даного фільтра істотно менше, ніж для класичного фільтра на напівхвильових пов'язаних резонаторах.
Мал. 3. ППФ на напівхвильових резонаторах з перехресної зв'язком MFPM101170123101 (f0 = 1200 МГц, # 916; f = 60 МГц, L0 ≈ 2,5 дБ, kП (-20дБ) ≈ 2,5, розмір підкладки 34 × 28 мм)
Фільтри на діелектричних резонаторах
За сукупністю габаритних параметрів і електричних характеристик ці ППФ займають проміжне положення між пристроями на порожніх металевих хвилеводах і пристроями на мікросмужкових лініях. При цьому фільтри на діелектричних резонаторах (ДР) мають найкращий показник якості (найменший габаритний індекс втрат) [3]. Приклади конструкцій фільтрів на ДР наведені на рис. 4.
Мал. 4. Конструкції ППФ на діелектричних резонаторах:
а) спрямований ППФ п'ятого порядку MFPD109450949102;
б) ППФ четвертого порядку MFPD112521258101
Показана на рис. 4а класична конструкція з ДР циліндричної форми, планарно розташованими в каналі прямокутного перерізу, доповнена діафрагмами, що обмежують зв'язок між резонаторами. Таке рішення дозволяє скоротити відстань між резонаторами і як следствіеуменьшіть масо-габаритні показники вироби.
Основні електричні характеристики даних фільтрів наведені в таблиці 2.
Таблиця 2. Основні електричні характеристики фільтрів на діелектричних резонаторах
Основним недоліком фільтрів на ДР і КДР є можливість реалізації тільки вузькосмугових фільтрів (відносна ширина смуги пропускання яких становить не більше 5-7%).
хвилеводні фільтри
Якщо порівнювати відомі СВЧ-фільтри, в яких формування частотних характеристик здійснюється на основі класичних хвильових процесів, по мінімуму втрат, то найкращими показниками володіють хвильове фільтри.
Дані фільтри добре зарекомендували себе в стаціонарній апаратурі, де вимога мінімальних втрат має більш важливе значення, ніж габаритні і вагові показники. На рис. 6 наведені тривимірна модель і конструкція волноводного ППФ.
Мал. 6. ХВИЛЕВОДНИХ ППФ MFPW108100834101 (f0 = 8,22 ГГц, # 916; f = 240 МГц, L0 ≈ 1 дБ, kП (-50дБ) ≈ 1,7):
а) тривимірна модель фільтра;
б) конструкція фільтра
У даній конструкції роль елементів зв'язку між резонаторами грають діафрагми, розташовані паралельно силовим лініям електричного поля в прямокутному хвилеводі. Основними достоїнствами такої конструкції є технологічність виготовлення і простота настройки.
Розвиток техніки міліметрових довжин хвиль привело до переходу від традиційної хвилеводної технології виготовлення пристроїв до інтегральної. В даний час елементи частотно-селектірующіх пристроїв створюються на основі наступних ліній передачі: регулярного прямокутного хвилеводу з поздовжньо орієнтованими в Е-площині неоднородностями різної форми, екранованих мікросмужкових ліній, діелектричних хвилеводів. Як приклад на рис. 7 наведені тривимірна модель і конструкція хвилеводних фільтрів з діафрагмами в Е-площині.
Мал. 7. Конструкція хвилеводних фільтрів з діафрагмами в Е1плоскості:
а) тривимірна модель фільтра;
б) конструкція фільтра
Подібні конструкції застосовуються для побудови фільтрів і діплексеров в діапазоні НВЧ. Перевагою даних фільтрів є відсутність елементів підстроювання, так як їх застосування на частотах вище 40 ГГц вкрай важко. Однак ця особливість накладає досить високі вимоги до точності виготовлення як діафрагм, так і волноводного каналу (допускається відхилення розмірів від номінальних не більше 15-20 мкм).
Фільтри на об'ємних резонаторах
Дані фільтри володіють високою температурною стабільністю електричних характеристик і малими втратами в смузі пропускання. Серед даного класу, перш за все, слід виділити борін фільтри, одним з основних достоїнств яких є можливість реалізації широких смуг замикання (верхня межа смуги замикання знаходиться в межах 4f0 ... 7f0. Де f0 - середня частота основної смуги пропускання). В даному конструктивному виконанні можуть бути реалізовані ППФ з відносною шириною смуги пропускання 2-75% [5].
Як приклад на рис. 8 показані тривимірна модель і конструкція гребенчатого ППФ на коаксіальних резонаторах. Згортання конструкції дозволяє реалізувати перехресну зв'язок з метою зменшення нерівномірності групового часу затримки.
Мал. 8. Гребінчастий ППФ на коаксіальних резонаторах з перехресної зв'язком MFPV105530563100 (f0 = 5,58 ГГц, # 916; f = 1040 МГц, L0 ≈ 1,3 дБ, kП (-50дБ) ≈ 2,3):
а) тривимірна модель фільтра;
б) конструкція фільтра
Огляд, представлений в статті, відображає тільки основні напрямки у виробництві смугасто-проникних фільтрів НВЧ.
література
Інші статті на цю тему:
Якщо Ви помітили будь-які неточності в статті (відсутні малюнки, таблиці, недостовірну інформацію і т.п.), прохання повідомити нам про це. Будь ласка вкажіть посилання на сторінку і будьте готовими описати проблему.