Методи побудови та схемотехнічні рішення мікросмужкових смуго-пропускних фільтрів
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Літвінцев С. М. Методи побудови та схемотехнічні рішення мікросмужкових смуго-пропускних фільтрів. — Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.12.13 «Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій» (17
— Електроніка та телекомунікації). — Національний технічний університет Ук-
раїни «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023.
У дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу розвитку методів побудови та нові схемотехнічні рішення для смуго-пропускних фільтрів
(СПФ), які використовуються в сучасних системах бездротового зв'язку.
У першому розділі здійснено розширення функціональних можливостей
матриці зв'язків шляхом її модифікації. Розглянуто приклади незастосовності матриці зв'язків, проведено аналіз резонатора прохідного типу, який є причиною
зазначеної незастосовності, вирішено задачу модифікації матриці зв'язків, яка
призводить до адекватних результатів розрахунку частотних характеристик і розширенню області застосувань матриці зв'язків.
Детальний розгляд прохідного резонатора, включеного у чотирьохполюсник, показав, що здійснювана ним конфігурація зв'язку залежить від його структури. Це використано для відповідної модифікації матриці зв'язку, щоб та достовірно відображала частотні характеристики. Модифікація полягає у зміні знаків
деяких елементів матриці зв'язків згідно зі встановленими в роботі правилами.
Встановлені в роботі правила модифікації матриці зв'язків наведені на чисельних
прикладах.
Для перевірки змін в матриці зв'язків виготовлено відповідні фільтри, виміряні характеристики яких підтвердили запропоновані зміни.
У другому розділі розглянуті СПФ із змішаними зв'язками між суміжними
резонаторами. Проведено аналіз закономірностей розташування нулів передачі
таких фільтрів, та взаємозв'язок між лінійною та звичайною формами подання
змішаного зв'язку. Запропоновано метод синтезу таких фільтрів, заснований на
використанні інвертора провідності для змішаного зв'язку.
На відміну від звичайного зв'язку, змішаний зв'язок характеризується
трьома, а не двома, характерними частотами: парною модою і непарною модою
пов'язаних коливань, а також значенням частоти нуля передачи. Ці частоти можна визначити при слабкому зв'язку резонаторів.
Оскільки змішаний коефіцієнт зв'язку у звичайній формі не може бути використаний в матриці зв'язків, тому для розрахунку частотних характеристик
СПФ необхідно мати іншу форму представлення. Для цього використана лінійна
форма подання коефіцієнт зв'язку на нормованій частоті. В такому випадку зявляється можливість використання матриці звязків для обрахунку параметрів
смуго-пропускного фільтру у випадку, коли в нього використано змішаний зв'язок.
В роботі запропоновано ефективний метод синтезу фільтрів зі змішаними
зв'язками між суміжними резонаторами. Метод базується на відомій техніці використання інверторів провідності, схеми яких тепер містять паралельні контури
відповідно до змішаних зв'язків резонаторів. Результати ЕМ моделювання підтвердили працездатність процедури синтезу фільтрів.
Встановлено взаємозв'язок між лінійною та звичайною формами представлення змішаного зв'язку. Вперше запропоновано метод аналітичного синтезу
СПФ зі змішаними зв'язками між суміжними резонаторами, заснований на використанні інверторів провідностей для змішаного зв'язку. При цьому досягнуто
рівень селективності фільтра, що відповідає більш складним структурам без
ускладнення конструкції фільтра.
У третьому розділі розглянуто фільтри з зосереджено-розподіленими зв'язками, широкою смугою загородження та підвищеною односторонньою вибірковістю. Запропоновано два методи збільшення смуги загородження в гребінчастих та решітчастих фільтрах.
Оскільки основу гребінчастих смуго-пропускних фільтрів складають зв'язані між собою чвертьхвильові резонатори, запропонований метод заснований на
закономірності зміни антирезонансних частот, пов'язаній зі зміною координати
підключення до чвертьхвильового резонатора.
Базуючись на виразі вхідної провідності чвертьхвильового резонатора,
визначено координати особових точок підключення до цього резонатора, використання яких призводить до придушення паразитних смуг пропускання в гребінчастому смуго-пропускному фільтрі. Окрім того зясовано, що використання однієї спеціальної координати підключення призводить до придушення не однієї, а
кількох періодично розташованих резонансних частот чвертьхвильового резонатора. Таким чином, якщо у одному фільтрі використати декілька особливих координат точок підключення, то в цьому випадку можливо досягти значного розширення смуги загородження в гребінчастому смуго-пропускному фільтрі.
Аналогічний метод розширення смуги загородження розлоблено для гребінчастого смуго-пропускного фільтру, який будується на основі напівхвильових
резонаторів. У випадку гребінчастого фільтру використання однієї точки підключення з особливою координатою також призводить до придушення не тільки
однієї паразитної резонансної частоти напівхвильового резонатора, а до одночасного придушення кількох періодично розташованих резонансних частот напівхвильового резонатора, закон розподілу яких також визначено і запропоновано
автором.
Оскільки сьогодні на ринку з'явилася велика кількість малогабарітних пасивних компонентів (ємності, індуктивності) з високою добротністю для використання в пристроях надвисоких частот, то одночасте використання мікросмужкових резонаторів і малогабаритних зосереджених елементів призводить до по-
яви нового виду звязків в смуго-пропускних фільтрах, який можна назвати зосереджено-розподіленим. Тому необхідні методи, за допомогою яких можна обраховувати значення всіх елементів, що входять у смуго-пропускний фільтр, що
побудований на основі таких зосереджено-розподілених зв'язках. Автором запропонована методика, яка дозволяє обрахувати значення всіх елементів, за допомогою яких побудовано смуго-пропускний фільтр з зосереджено-розподіленими зв'язками.
Таким чином, в даній роботі вирішена задача розширення смуги загородження в гребінчастих та решітчастих фільтрах за допомогою використання зосереджено-розподілених змішаних зв'язків між суміжними резонаторами, та нового методу розрахунку, заснованого на траєкторіях зміщення антирезонансних
частот використаних резонаторів.
Перевірка методу розширення смуги загородження по траєкторіях зміщення частот проведена по результатам вимірювання параметрів фільтра, створеного за запропонованим методом. Отримано розширення смуги загородження
більше ніж в три рази. Процес проектування представлено у вигляді алгоритму,
що уніфікує даний процес для розробника.
У четвертому розділі розглядається можливість розширення функціональних можливостей багатомодових резонаторів та фільтрів. Проведено аналіз двомодових планарних резонаторів з розімкненими та короткозамкнутими кінцями
на основі ступінчастих ліній, експериментально досліджено двомодові смугопропускні фільтри.
Існуючі двомодові резонатори на основі T-з'єднання обмежені функціонально, оскільки в них використовуються однорідні відрізки ліній. В роботі запропоновано замінити ці відрізки, відрізками ступінчастих ліній, та визначити потенційні можливості нових утворених двомодових резонаторів планарної конструкції.
В роботі розглянуто двомодові резонатори при різних способах їх включення. Спочатку вирішена задача синтезу конструктивних елементів двомодових
резонаторів із розімкненими кінцями та вивчено їх властивості. Потім синтезовано конструктивні елементи двомодових резонаторів із короткозамкненими кінцями, та досліджено їх властивості.
Таким чином, в результаті розвитку теорії двомодових резонаторів, методом параметричного систезу отримано та досліджено чотири варіанти резонаторів, які мають властивості, корисні при побудові смуго-пропускних фільтрів. Ці
резонатори мають покращенні функціональні можливості, а саме: збільшену в
1,4 рази смугу загородження, зменьшені в 1,3 рази розміри резонаторів при тих
же значеннях резонансних частот, що і при використанні однорідних ліній передачі.
Визначено основні показники двомодових планарних резонаторів із розімкненими і з усіма короткозамкненими кінцями на основі ступінчастих ліній.
Виявлена та експериментально підтверджена нова властивість деяких двомодових резонаторів, яка полягає в одночасному існуванні двомодових та одномодових коливань, які чергуються між собою. Експеримент підтвердив розширення
смуги загородження, яке склало 1,4 рази по відношенню до двомодового фільтру
на однорідних лініях. При цьому ширина цієї смуги може змінюватися. Прототип
фільтра з закороченими кінцями запрацював як фільтр з очікуваними характеристиками.
Опис
Ключові слова
смуго-пропускний фільтр, гребінчастий фільтр, решітчастий фільтр, матриця зв'язків, однорідна лінія передачі, ступінчастий резонатор, band-pass filter, combline filter, pseudocombline filter, coupling matrix, uniform transmission line, step-impedance resonator
Бібліографічний опис
Літвінцев, С. М. Методи побудови та схемотехнічні рішення мікросмужкових смуго-пропускних фільтрів : дис. … канд. техн. наук : 05.12.13 — Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій / Літвінцев Сергій Миколайович. – Київ, 2023. – 131 с.