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

##submission.downloads##

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

Том 63 № 7 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.