Микрополосковый диплексер

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах. Микрополосковый диплексер содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три мкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами. Один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. Остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплнные полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы. Техническим результатом изобретения является то, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов можно расположить как угодно близко по частоте. Другим результатом является повышение частотно-селективных свойств диплексера. Беляев Борис Афанасьевич, Тюрнев Владимир Вениаминович, Сержантов Алексей Михайлович (RU) Черепанова Л.И. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU) Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделния сигналов на двух несущих частотах. Известен микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесен Т-образный полосковый проводник и две электромагнитно связанные с его противоположными концами группы полосковых проводников со ступенчато увеличенной шириной центрального участка. Полосковые проводники в группах электромагнитно связаны между собой и являются резонаторами двух полоснопропускающих фильтров, которые образуют каналы диплексера, различающиеся частотами полос пропускания. Общим портом устройства является свободный конец Т-образного полоскового проводника[A.F. Sheta, J.P. Coupez, G. Tann and S.P. Toutain. Miniature microstrip stepped impedance resonator bandpass filters and diplexers for mobile communications // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1996. V. 2. P. 607-610]. Недостатком такого диплексера является невозможность достижения высоких частотноселективных свойств при малых размерах устройства (так как его резонаторы нельзя использовать в двухмодовом режиме, при котором сразу две моды колебаний резонатора вовлечены в формирование единой полосы пропускания), а также наличие паразитной полосы пропускания вблизи рабочей полосы пропускания высокочастотного канала. Паразитную полосу пропускания в этой конструкции диплексера формирует вторая мода колебаний резонаторов, частота которой приближена к частоте первой моды колебаний из-за скачка ширины полосковых проводников на центральном участке. Наиболее близким аналогом является микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены два электромагнитно связанных полосковых проводника со ступенчато увеличенной шириной центрального участка, образующие резонаторы со скачком волнового сопротивления. Один из резонаторов связан с общим портом низкочастотного и высокочастотного каналов через мкость, подключаемую к точке вблизи максимумов напряжения первой и второй моды колебаний. Второй резонатор связан с раздельными портами низкочастотного и высокочастотного каналов через мкости, подключаемые в точках узла напряжения, соответственно, для второй и первой моды колебаний [Б.А. Беляев, В.В. Тюрнев, Ю.Г. Шихов. Микрополосковый диплексер на двухмодовых резонаторах // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 1997.2. С. 20-24]. Недостатком наиболее близкого аналога является то, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов сильно разнесены и не допускают сближения. Это связано с тем, что в этой конструкции диплексера разность между центральными частотами полос пропускания высокочастотного и низкочастотного каналов определяется разностью частот второй и первой моды колебаний резонатора. Уменьшение этой разности требует неприемлемо большого скачка ширины полосковых проводников,при котором резко падает собственная добротность резонаторов и возбуждаются паразитные поперечные моды колебаний. Кроме того, наиболее близкий аналог не обладает высокими частотно-селективными свойствами из-за того, что порты низкочастотного и высокочастотного каналов привязаны к одному и тому же резонатору. Техническим результатом изобретения является повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет того, что полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов диплексера можно расположить как угодно близко по частоте. Технический результат достигается тем, что в микрополосковом диплексере, содержащем диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три мкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами, новым является то, что один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, а остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплнные полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы. Отличие заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключается в том, что полосковый проводник, связанный через мкость с общим портом низкочастотного и высокочастотного канала, имеет Т-образную форму, а остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплнные полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы. Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Сущность изобретений поясняется графическими материалами. На фиг. 1 изображн заявляемый микрополосковый диплексер. На фиг. 2 изображн пример выполнения микрополоскового диплексера с тремя резонаторами. На фиг. 3 приведена расчтная амплитудно-частотная характеристика микрополоскового диплексера с тремя резонаторами. На фиг. 4 приведена измеренная амплитудно-частотная характеристика действующего макета микрополоскового диплексера с тремя резонаторами. Микрополосковый диплексер (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку (1), одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники (2, 3, 4), образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три мкости (5, 6, 7), связывающие три порта устройства с оконечными двухмодовыми резонаторами. При этом один из проводников (2) имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. Остальные проводники (3, 4) частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщеплнные проводники (соответственно 3 и 4) электромагнитно связаны между собой внутри группы и с проводником (2). Микрополосковый диплексер работает следующим образом. Его каналы представляют собой два полосно-пропускающих фильтра, в которых один двухмодовый резонатор (2) является общим. Первая мода колебаний резонатора (2) вместе с чтными и нечтными модами колебаний двухмодовых расщеплнных резонаторов (3) участвует в формировании полосы пропускания низкочастотного канала, а вторая мода резонатора (2) вместе с чтными и нечтными модами резонаторов (4) участвует в формировании полосы пропускания высокочастотного канала. Поэтому порт, связанный через мкость (5) с крайним резонатором (2), является общим портом для низкочастотного и высокочастотного каналов. Отдельный порт низкочастотного канала связан через мкость (6) с оконечным резонатором группы резонаторов(3), а отдельный порт высокочастотного канала связан через мкость (7) с оконечным резонатором группы резонаторов (4). мкости (5, 6, 7) позволяют обеспечить оптимальную связь крайних резонаторов с портами устройства. Длина резонаторов (3) задат центральную частоту полосы низкочастотного канала,а длина резонаторов (4) задат центральную частоту высокочастотного канала. Поэтому длина резонаторов (3) больше длины резонаторов (4). Длина расщеплнного участка резонаторов (3) и резонаторов (4) задат ширину полосы пропускания соответственно низкочастотного и высокочастотного каналов [V.V.Progress In Electromagnetics Research С. 2011. V. 23. P. 151-160]. Пример выполнения микрополоскового диплексера с тремя резонаторами приведн на фиг. 2. Диплексер содержит три двухмодовых резонатора - один резонатор Т-образной формы и по одному расщеплнному резонатору в фильтрах низкочастотного и высокочастотного каналов. Диэлектрическая подложка устройства выполнена из поликора, имеющего диэлектрическую проницаемость r = 9.8. Она имеет форму пластины размерами 58 мм 26 мм 1 мм. мкости связи имеют величину 1.03 пФ для общего порта обоих каналов, 0.612 пФ для порта низкочастотного канала и 0.425 пФ для порта высокочастотного канала. Для удобства подключения устройства наружные проводники расщеплнных резонаторов изогнуты к краю подложки. Такой изгиб не оказывает принципиального влияния на работу устройства. Расчтная амплитудно-частотная характеристика микрополоскового диплексера, показанного на фиг. 2, представлена на фиг. 3. На зависимости S11 (сплошная линия) наблюдаются три минимума отражения мощности в полосе частот низкочастотного канала и три минимума отражения в полосе частот высокочастотного канала, указывающих на то, что селективные свойства низкочастотного и высокочастотного каналов соответствуют полосно-пропускающим фильтрам третьего порядка. Это значит, что в формировании полос пропускания обоих каналов действительно участвуют по одной моде колебаний Т-образного двухмодового резонатора и сразу обе моды колебаний одного из расщеплнных двухмодовых резонаторов. Измеренная амплитудно-частотная характеристика действующего макета диплексера, показанного на фиг. 2, представлена на фиг. 4. Полоса пропускания низкочастотного канала имеет центральную частоту f10 = 1.7 ГГц, ширину f1 = 0.2 ГГц по уровню -3 дБ, минимальные потери L1 = 0.7 дБ. Полоса пропускания высокочастотного канала имеет центральную частоту f20 = 2.1 ГГц, ширину f2 = 0.2 ГГц по уровню -3 дБ, минимальные потери L2 = 1.1 дБ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Микрополосковый диплексер, содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три мкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами, отличающийся тем, что один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, а остальные полосковые проводники образуют разделнные продольным зазором две группы проводников, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы.