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.

Біографія автора

Сергій Миколайович Літвінцев, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Радіотехнічний факультет

Посилання

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

D. Morgan, Surface Acoustic Wave Filters: With Applications to Electronic Communications and Signal Processing. Academic Press, 2010.

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.

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.

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.

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.

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.

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, 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Г. Корн, Т. Корн, Справочник По Математике Для Научных Работников и Инженеров. Москва: Наука, 1984.

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.

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

##submission.downloads##

Опубліковано

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

Том 67 № 4 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

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.