Микрополосковые полосно-пропускающие фильтры с повышенной избирательностью и асимметричными частотными характеристиками

Автор(и)

  • Александр Витальевич Захаров Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1222-1623
  • Сергей Александрович Розенко Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-3525-7127
  • Сергей Николаевич Литвинцев журнал "Известия вузов. Радиоэлектроника", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6171-0036
  • Людмила Световна Пинчук Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1893-3365

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020070031

Ключові слова:

полосно-пропускающий фильтр, смешанный коэффициент связи, перекрестная связь, нуль передачи, частотная характеристика

Анотація

Предложены и проанализированы два симметричных микрополосковых полосно-пропускающих (ППФ) фильтра третьего порядка со всеми смешанными коэффициентами связи между резонаторами. Структура одного фильтра является гребенчатой со ступенчато-импедансными резонаторами SIR (stepped impedance resonator), близко расположенными друг к другу. Это приводит к смешанным коэффициентам связи между смежными резонаторами. Перекрестная связь между крайними резонаторами также является смешанной K13 = Km13 + Ke13. При этом ее магнитная компонента Km13 обусловлена паразитной связью магнитного характера между этими резонаторами. Для формирования электрической компоненты связи Ke13 использован отрезок тонкой микрополоской линии, соединяющий резонаторы через емкостные зазоры. Установлено, что такой фильтр имеет два регулируемых нуля передачи (полюса затухания), которые могут располагаться как справа, так и слева от центральной частоты f0 полосы пропускания. Второй ППФ отличается от первого тем, что его центральный SIR замещен полуволновым резонатором проходного типа, который включен в схему фильтра как четырехполюсник. Используемый полуволновый резонатор имеет П-образную форму и, помимо явления резонанса, осуществляет трансформацию сопротивлений. Эта особенность приводит к изменению частотных характеристик фильтра. Установлено, что такой фильтр имеет два регулируемых нуля передачи, которые располагаются с двух сторон от центральной частоты f0 полосы пропускания асимметричным образом. Решены также прямая и обратная задачи для ППФ третьего порядка со всеми смешанными связями. В основе решения лежит матрица проводимостей [Ỹ] и ее минор M31. Решение прямой задачи позволяет определить нули передачи фильтра по заданным коэффициентам связи. В обратной задаче по заданным нулям передачи определены коэффициенты связи фильтра. Представлены образцы двух экспериментальных фильтров и результаты измерений их частотных характеристик.

Посилання

А. В. Захаров, С. А. Розенко, “Дуплексер на основе микрополосковых фильтров, использующих подложки с высокой диэлектрической проницаемостью,” Радиотехника и электроника, vol. 57, no. 6, p. 713, 2012, uri: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17726257.

J.-S. Hong, M. J. Lancaster, “Microstrip cross-coupled trisection bandpass filters with asymmetric frequency characteristics,” IEE Proc. - Microwaves, Antennas Propag., vol. 146, no. 1, p. 84, 1999, doi: https://doi.org/10.1049/ip-map:19990146.

R. M. Kurzrok, “General three-resonator filters in waveguide,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 14, no. 1, pp. 46–47, 1966, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1966.1126154.

R. Hershtig, R. Levy, K. Zaki, “Synthesis and design of cascaded trisection (ct) dielectric resonator filters,” in 27th European Microwave Conference, 1997, 1997, vol. 2, pp. 784–791, doi: https://doi.org/10.1109/EUMA.1997.337890.

C.-C. Yang, C.-Y. Chang, “Microstrip cascade trisection filter,” IEEE Microw. Guid. Wave Lett., vol. 9, no. 7, pp. 271–273, 1999, doi: https://doi.org/10.1109/75.774144.

R. M. Kurzrok, “General four-resonator filters at microwave frequencies,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. MTT-14, no. 6, pp. 295–296, 1966, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1966.1126254.

R. J. Cameron, C. M. Kudsia, R. R. Mansour, Microwave Filters for Communication Systems. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2018, doi: https://doi.org/10.1002/9781119292371.

K. Ma, J.-G. Ma, K. S. Yeo, M. A. Do, “A compact size coupling controllable filter with separate electric and magnetic coupling paths,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 54, no. 3, pp. 1113–1119, 2006, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.864118.

A. Zakharov, S. Rozenko, S. Litvintsev, M. Ilchenko, “Trisection bandpass filter with mixed cross-coupling and different paths for signal propagation,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 30, no. 1, pp. 12–15, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2019.2957207.

A. V. Zakharov, S. N. Litvintsev, M. Ilchenko, “Trisection bandpass filters with all mixed couplings,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 29, no. 9, pp. 592–594, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2019.2929650.

S. Tamiazzo, G. Macchiarella, “Synthesis of cross-coupled filters with frequency-dependent couplings,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 65, no. 3, pp. 775–782, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2016.2633258.

P. Zhao, K. Wu, “Cascading fundamental building blocks with frequency-dependent couplings in microwave filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 67, no. 4, pp. 1432–1440, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2019.2895532.

L. Szydlowski, A. Lamecki, M. Mrozowski, “Coupled-resonator filters with frequency-dependent couplings: coupling matrix synthesis,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 22, no. 6, pp. 312–314, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2197386.

L. Szydlowski, N. Leszczynska, A. Lamecki, M. Mrozowski, “A substrate integrated waveguide (siw) bandpass filter in a box configuration with frequency-dependent coupling,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 22, no. 11, pp. 556–558, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2221690.

P. Chu et al., “A planar bandpass filter implemented with a hybrid structure of substrate integrated waveguide and coplanar waveguide,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 62, no. 2, pp. 266–274, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2294861.

W. Shen, L.-S. Wu, X.-W. Sun, W.-Y. Yin, J.-F. Mao, “Novel substrate integrated waveguide filters with mixed cross coupling (mcc),” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 19, no. 11, pp. 701–703, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2009.2032007.

M. Hoft, T. Shimamura, “Design of symmetric trisection filters for compact low-temperature co-fired ceramic realization,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 58, no. 1, pp. 165–175, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2009.2035870.

R. Levy, “New cascaded trisections with resonant cross-couplings (CTR sections) applied to the design of optimal filters,” in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 2004, vol. 2, pp. 447–450, doi: https://doi.org/10.1109/mwsym.2004.1336007.

А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, Л. С. Пинчук, “Зависимость коэффициента связи между четвертьволновыми резонаторами от параметров гребенчатых полосковых фильтров,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 58, no. 6, pp. 52–60, 2015, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347015060060.

А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, “Полосно-пропускающие фильтры решетчатого типа на основе полуволновых резонаторов из отрезков симметричных полосковых линий передачи,” Радиотехника и электроника, vol. 60, no. 7, pp. 759–765, 2015, doi: https://doi.org/10.7868/S0033849415060182.

C.-L. Hsu, C.-H. Yu, J.-T. Kuo, “Microstrip trisection filters with quasi-elliptic and flat group delay responses,” in 2012 4th International High Speed Intelligent Communication Forum, 2012, pp. 1–2, doi: https://doi.org/10.1109/HSIC.2012.6212988.

B.-W. Kim, S.-W. Yun, “Varactor-tuned combline bandpass filter using step-impedance microstrip lines,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 4, pp. 1279–1283, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.825626.

А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, “Новый подход к построению фильтров, перестраиваемых варикапами,” Радиотехника и электроника, vol. 55, no. 12, pp. 1523–1531, 2010, uri: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15524126.

F. Zhu, W. Hong, J.-X. Chen, K. Wu, “Quarter-wavelength stepped-impedance resonator filter with mixed electric and magnetic coupling,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 24, no. 2, pp. 90–92, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2013.2290225.

G. L. Matthaei, L. Young, E. M. T. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures. New York: Artech House Books, 1980.

S. B. Cohn, “Direct-coupled-resonator filters,” Proc. IRE, vol. 45, no. 2, pp. 187–196, 1957, doi: https://doi.org/10.1109/JRPROC.1957.278389.

G. L. Matthaei, “Direct-coupled bandpass-filters with lo/4 resonators,” in 1958 IRE National Convention Record, New York: IRE, 1958, pp. 98–111.

J.-S. Hong, Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, 2nd ed. New Jersey: Wiley, 2011, doi: http://doi.org/10.1002/9780470937297.

H. Wang, Q.-X. Chu, “An inline coaxial quasi-elliptic filter with controllable mixed electric and magnetic coupling,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 57, no. 3, pp. 667–673, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2009.2013290.

Q.-X. Chu, H. Wang, “A compact open-loop filter with mixed electric and magnetic coupling,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 56, no. 2, pp. 431–439, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2007.914642.

A. V. Zakharov, M. E. Il’сhenko, V. N. Korpach, “Features of the coupling coefficients of planar stepped-impedance resonators at higher resonance frequencies and application of such resonators for suppression of spurious passbands,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 59, no. 6, pp. 550–556, 2014, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226914060217.

А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, Л. С. Пинчук, “Коэффициенты связи между ступенчато-импедансными резонаторами в полосковых полосно-пропускающих фильтрах решетчатого типа,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 57, no. 5, pp. 35–44, 2014, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347014050045.

Опубліковано

2020-07-23

Як цитувати

Захаров, А. В., Розенко, С. А., Литвинцев, С. Н., & Пинчук, Л. С. (2020). Микрополосковые полосно-пропускающие фильтры с повышенной избирательностью и асимметричными частотными характеристиками. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(7), 421–436. https://doi.org/10.20535/S0021347020070031

Номер

Розділ

Оригінальні статті