Введение
Полезная модель относится к СВЧ-устройствам и может быть использована в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем связи, а также в аппаратуре спутниковых радионавигационных систем для выделения сигналов в двух частотных поддиапазонах. Резонаторы, на которых выполнен двухполосныймикрополосковый фильтр, позволяют обеспечить независимую настройку резонансных частот и коэффициентов связи резонаторов в каждой из полос пропускания фильтра. Это достигается за счет того, что фильтр, заявляемый в полезной модели, выполнен на многослойной диэлектрической подложке, состоящей не менее чем из трех слоев и содержит двухчастотные микрополосковые резонаторы, расположенные на среднем слое подложки и выполненные в виде двух одинаковых по форме плоских фрагментов V-образной формы из двух проводников различной длины, встречно расположенных на различных сторонах среднего слоя подложки и соединенных по обращенным к друг другу точкам соединения проводников металлизированным отверстием связи через средний слой диэлектрической подложки, причем разомкнутые концы упомянутых плоских фрагментов электрически связаны с соседними резонаторами либо с портом, расположенные на различных сторонах среднего слоя подложки проводники одинаковой длины плоских фрагментов каждого резонатора попарно соосны, а разомкнутые концы проводников одинаковой длины соседних микрополосковых резонаторов расположены на различных сторонах среднего слоя подложки друг над другом. Полосовые фильтры находят широкое применение в различных радиотехнических устройствах. В радиопередающих устройствах фильтры применяются для подавления гармоник за пределами разрешенной полосы частот на выходе, а также для выделения нужной гармоники при умножении частоты. В синтезаторах частот полосовые фильтры используются для выделения нужной комбинационной частоты.
В радиоприемных устройствах фильтры выполняют одну из основных функций - фильтрующую функцию и используются в цепях преселектора в качестве входной цепи и нагрузки усилителя высокой частоты, а в усилителях промежуточной частоты в качестве фильтров сосредоточенной селекции, формируют характеристику избирательности приемника. Полосовые фильтры также используются как резонансные нагрузки в высокочастотной части радиодиапазона, особенно в диапазонеСВЧ.
Обзорная часть
Фильтрация — преобразование сигналов с целью изменения соотношения между их различными частотными составляющими. Фильтры обеспечивают выделение полезной информации из смеси информационного сигнала с помехой с требуемыми показателями. Основная задача выбора типа фильтра и его расчета заключается в получении таких параметров, которые обеспечивают максимальную вероятность обнаружения информационного сигнала на фоне помех. Частотно-избирательная цепь, выполняющая обработку смеси сигнала и шума некоторым наилучшим образом, называется оптимальным фильтром. Критерием оптимальности принято считать обеспечение максимума отношения сигнал-шум. Это требование приводит к выбору такой формы частотного коэффициента передачи фильтра, которая обеспечивает максимум отношения сигнал-шум на его выходе. В задачах линейной фильтрации предполагается, что наблюдаемый реальный процесс представляет собой аддитивную смесь сигнала и помехи.
Полосовой фильтр представляет собой устройство, которое пропускает сигналы в диапазоне частот с шириной полосы BW, расположенной приблизительно вокруг центральной частоты fo (Гц) или wo =2πfo (рад/с). В реальной характеристике частоты wL и wU представляют собой нижнюю и верхнюю частоты среза и определяют полосу пропускания wL≤w≤wU и ее ширину BW=wU.- wL
В полосе пропускания амплитудно-частотная характеристика никогда не превышает некоторого определенного значения. Существует также две полосы задерживания 0≤w≤w1 и w≥w2, где значение амплитудно-частотной характеристики никогда не превышает заранее выбранного значения, скажем A2. Диапазоны частот между полосами задерживания и полосой пропускания, а именно w1 <w<wL и wU <w<w2, образуют соответственно нижнюю и верхнюю переходные области, в которых характеристика является монотонной.
Передаточные функции полосовых фильтров можно получить из нормированных функций нижних частот переменной s с помощью преобразования
Отношение Q=wo /BW характеризует качество самого фильтра и является мерой его избирательности. Высокому значению Q соответствует относительно узкая, а низкому значению Q — относительно широкая ширина полосы пропускания. Коэффициент усиления фильтра К определяется как значение его амплитудно-частотной характеристики на центральной частоте; таким образом K=│H(jwo)│.
Путем последовательного соединения ФНЧ и ФВЧ получаются полосовые фильтры с широкой полосой пропускания. При этом частота среза фильтра нижних частот должна быть выше частоты среза верхних частот и лишь в частном случае эти частоты могут быть взяты равными.
ФИЛЬТРЫНИЖНИХ ЧАСТОТ
Фильтр нижних частот представляет собой устройство, которое пропускает сигналы низких частот и задерживает сигналы высоких частот. В общем случае определим полосу пропускания как интервал частот 0<w<wc, полосу задерживания как частоты w>w1, переходную область как диапазон частот wc<w<w1 (wc—частотасреза). Эти частоты обозначены на рис. 5, на котором приведена реальная амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот, где в данном случае заштрихованные области представляют собой допустимые отклонения характеристики в полосах пропускания и задерживания.
Реальная амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот.
Коэффициент усиления фильтра нижних частот представляет собой значение его передаточной функции при s=0 или, что эквивалентно, значение его амплитудно-частотной характеристики на частоте w=0. Следовательно, коэффициент усиления реального фильтра с амплитудно-частотной характеристикой. равен A.
Существует много типов фильтров нижних частот, удовлетворяющих данному набору технических требований, таких, как А, A1, A2, wc и w1. Фильтры Баттерворта, Чебышева инверсные Чебышева и эллиптические образуют четыре наиболее известных класса. Фильтр Баттерворта обладает монотонной характеристикой, подобной характеристике. (Характеристика является монотонно спадающей, если она никогда не, возрастает с увеличением частоты.) Характеристика фильтра Чебышева содержит пульсации (колебания передачи) в полосе пропускания и монотонна в полосе задерживания. Инверсная, характеристика фильтра Чебышева монотонна в полосе пропускания и обладает пульсациями в полосе задерживания. Наконец, характеристика эллиптического фильтра обладает пульсациями, как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания.
АЧХ оптимального фильтра нижних частот удовлетворяет обозначенным на рис. 5 условиям для данного порядка n и допустимого отклонения в полосах пропускания и задерживания при минимальной ширине переходной области. Таким образом, если заданы значения A, A1, A2, n и wc, то значение частоты w1минимально. Для полиномиальной характеристики оптимальной является характеристика фильтра Чебышева. Однако в общем случае оптимальным является эллиптический фильтр, характеристики которого значительно лучше характеристик фильтра Чебышева.
В нашем случае более предпочтительным будет использование фильтра Баттерворта, т.к. его АЧХ, по сравнению с характеристикой любого полиномиального фильтра n-го порядка, является наиболее плоской.