Зворотна задача для смуго-пропускних фільтрів третього порядку з усіма змішаними зв’язками

Автор(и)

  • Сергій Миколайович Літвінцев Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-6171-0036
  • Олександр Віталійович Захаров Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-1222-1623

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024050017

Ключові слова:

смуго-пропускний фільтр, змішаний зв’язок, частотні характеристики, нуль передачі, групова затримка

Анотація

У статті за допомогою методу оберненої задачі проведено аналіз смуго-пропускного фільтра третього порядку (триплет СПФ) з усіма змішаними зв’язками. Ці фільтри мають переваги перед триплетними СПФ із частково використаними змішаними зв’язками. Метод зворотної задачі полягає у визначенні змішаних коефіцієнтів зв’язку триплету СПФ із заданого розташування двох нулів передачі TZ (transmission zero) на комплексній площині s = σ + jΩ. В результаті аналізу виявлено, що триплетні СПФ з усіма змішаними зв’язками більш ефективно об’єднують TZ, розташовані на осі σ або jΩ, що призводить до збільшення плоскої групової затримки або селективності СПФ. Мікросмужкові триплетні СПФ з усіма змішаними зв’язками використовують резонатори зі ступінчастим опором SIR (stepped-impedance resonator), які розташовані на невеликій відстані один від одного. Це призводить до дуже компактних фільтрів, сформованих за принципом «щільної упаковки». У таких мікросмужкових фільтрах збільшення товщини діелектричної підкладки дозволяє збільшити ненавантажену добротність Qu резонатора і реалізувати вузькі смуги пропускання без збільшення площі, яку займає фільтр. Розглянуто універсальний мікросмужковий триплетний СПФ з усіма змішаними зв’язками, який поєднує в собі властивості симетричного та асиметричного триплетного СПФ і забезпечує 10 різних розташувань двох TZ на s-площині, що забезпечує значне різноманіття частотних характеристик.

Посилання

  1. G. L. Matthaei, L. Young, E. M. T. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures. New York: Artech House Books, 1980.
  2. J.-S. Hong, Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, 2nd ed. New Jersey: Wiley, 2011, doi: https://doi.org/10.1002/9780470937297.
  3. R. J. Cameron, C. M. Kudsia, R. R. Mansour, Microwave Filters for Communication Systems, 2nd ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2018, doi: https://doi.org/10.1002/9781119292371.
  4. A. V. Zakharov, S. M. Litvintsev, “Lumped-distributed resonators providing N or 2N transmission zeros at real frequencies in bandpass filters without cross and mixed couplings,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 72, no. 6, pp. 3682–3691, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2023.3332260.
  5. A. V. Zakharov, S. M. Litvintsev, “Lumped-distributed resonators providing multiple transmission zeros in bandpass filters with simple and mixed couplings,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 71, no. 8, pp. 3502–3513, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2024.3375961.
  6. X. Wu, Y. Cao, B. Yuan, Y. Qi, G. Wang, “Bandpass filters using single and cascaded novel triple-mode ceramic monoblocks,” IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol., vol. 13, no. 7, pp. 965–977, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TCPMT.2023.3296108.
  7. Y. Wu, K. Ma, “Design of multiband bandpass inline topology filters using compact multicoupled line structures,” IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol., vol. 13, no. 3, pp. 382–390, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TCPMT.2023.3256977.
  8. A. Zakharov, M. Ilchenko, “Circuit function characterizing tunability of resonators,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 67, no. 1, pp. 98–107, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2019.2940066.
  9. A. V. Zakharov, M. E. Il’chenko, “A new approach to designing varicap-tuned filters,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 55, no. 12, pp. 1424–1431, 2010, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226910120156.
  10. A. Fukasawa, “Analysis and composition of a new microwave filter configuration with inhomogeneous dielectric medium,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 30, no. 9, pp. 1367–1375, 1982, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1982.1131262.
  11. L. K. Yeung, K.-L. Wu, Y. E. Wang, “Low-temperature cofired ceramic LC filters for RF applications [Applications Notes],” IEEE Microw. Mag., vol. 9, no. 5, pp. 118–128, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/MMM.2008.927634.
  12. T. Ishizaki, M. Fujita, H. Kagata, T. Uwano, H. Miyake, “A very small dielectric planar filter for portable telephones,” in 1993 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1993, pp. 177–180, doi: https://doi.org/10.1109/MWSYM.1993.276916.
  13. A. V. Zakharov, S. A. Rozenko, N. A. Zakharova, “Microstrip bandpass filters on substrates with high permittivities,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 57, no. 3, pp. 342–351, 2012, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226912020143.
  14. A. V. Zakharov, S. M. Litvintsev, “Coupling matrix modification for bandpass filters with through-type resonators and simple couplings,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 71, no. 4, pp. 1864–1868, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2023.3337439.
  15. A. Zakharov, S. Litvintsev, “Expanding functionality of dual-mode resonators and filters using nonuniform transmission line structural elements,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 69, no. 8, pp. 3124–3135, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2022.3169472.
  16. D. Morgan, Surface Acoustic Wave Filters: With Applications to Electronic Communications and Signal Processing. Academic Press, 2010.
  17. M. Makimoto, S. Yamashita, Microwave Resonators and Filters for Wireless Communication, vol. 4. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2001, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-04325-7.
  18. A. Zakharov, M. Ilchenko, “Coupling coefficients between resonators in stripline combline and pseudocombline bandpass filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 68, no. 7, pp. 2679–2690, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2020.2988866.
  19. 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.
  20. A. V. Zakharov, “Stripline combline filters on substrates designed on high-permittivity ceramic materials,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 58, no. 3, pp. 265–272, 2013, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226913030145.
  21. S. Amari, M. Bekheit, F. Seyfert, “Notes on bandpass filters whose inter-resonator coupling coefficients are linear functions of frequency,” in 2008 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 2008, pp. 1207–1210, doi: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2008.4633275.
  22. 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.
  23. L. Szydlowski, N. Leszczynska, M. Mrozowski, “A linear phase filter in quadruplet topology with frequency-dependent couplings,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 24, no. 1, pp. 32–34, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2013.2288178.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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.
  29. K. Gong, W. Hong, Y. Zhang, P. Chen, C. J. You, “Substrate integrated waveguide quasi-elliptic filters with controllable electric and magnetic mixed coupling,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 60, no. 10, pp. 3071–3078, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2012.2209437.
  30. 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.
  31. L. Szydlowski, A. Jedrzejewski, M. Mrozowski, “A trisection filter design with negative slope of frequency-dependent crosscoupling implemented in substrate integrated waveguide (SIW),” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 23, no. 9, pp. 456–458, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2013.2272611.
  32. A. Zakharov, “Transmission zeros of trisection and quadruplet bandpass filters with mixed cross coupling,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 69, no. 1, pp. 89–100, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2020.3034663.
  33. A. Zakharov, S. 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.
  34. Г. Корн, Т. Корн, Справочник По Математике Для Научных Работников и Инженеров. Москва: Наука, 1984.
  35. 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.
  36. Y. Zhang, F. Seyfert, S. Amari, M. Olivi, K.-L. Wu, “General synthesis method for dispersively coupled resonator filters with cascaded topologies,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 69, no. 2, pp. 1378–1393, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2020.3041223.
Мікросмужковий асиметричний триплет СПФ з усіма змішаними зв’язками

Опубліковано

2024-04-26 — Оновлено 2024-04-26

Як цитувати

Літвінцев, С. М., & Захаров, О. В. (2024). Зворотна задача для смуго-пропускних фільтрів третього порядку з усіма змішаними зв’язками. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(4), 221–237. https://doi.org/10.20535/S0021347024050017

Номер

Розділ

Оригінальні статті