Вузькосмугові мікросмужкові смуго-пропускні фільтри на товстій підкладці з низько розташованим екраном

Автор(и)

  • Олександр Віталійович Захаров Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-1222-1623
  • Сергій Миколайович Літвінцев Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-6171-0036
  • Гліб Леонідович Авдєєнко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-4788-7273

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347025010054

Ключові слова:

компактність, мікросмужковий смуго-пропускний фільтр, змішаний зв’язок, екран, підкладка, нуль передачi

Анотація

В статті вирішена задача створення компактних, повністю екранованих мікросмужкових смуго-пропускних фільтрів (СПФ) на товстій підкладці з низько розташованим екраном з вузькою смугою пропускання (<3%). Компактність фільтра забезпечена низько розташованим екраном та використанням ступінчасто-імпедансних резонаторів (CIP), розміщених близько один до одного. Використання товстих підкладок (h ≥ 2 мм) забезпечило СІР підвищену ненавантажену добротність Qu, що дозволяє використовувати такі резонатори у вузькосмугових CПФ. Вперше досліджено вплив висоти екрану H на змішаний зв’язок K між СІР та його магнітну Km та електричну Ke складовi. Зазвичай висота екрану вибирається достатньо великою, щоб мінімізувати його вплив на частотні характеристики CПФ. У цій роботі висота екрану H впливає на формування частотних характеристик CПФ. Запропоновано нові топології мікросмужкових CПФ з СІР, які можуть бути корисними у вузькосмугових застосуваннях. Реалізовано конструкцію мікросмужкового квазіеліптичного триплетного CПФ розміром 23×15×5 мм3 з параметрами: f0 = 1615 МГц, BW = 30 МГц (FBW = 0,0186), IL0 = 1,9 дБ, який має підвищену селективність 35 дБ (f0 ± 43) МГц завдяки двом рівновіддаленим нулям передачі.

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. Zakharov, S. Rozenko, S. Litvintsev, “Combline filters with increased stopband and one-sided selectivity,” IEEE Microw. Wirel. Technol. Lett., vol. 33, no. 4, pp. 407–410, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/LMWT.2022.3221269.
  5. 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.
  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. Zakharov, M. Ilchenko, “Unloaded quality factor of transmission line resonators with capacitors,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 67, no. 7, pp. 2204–2215, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2020.2971112.
  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. 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.
  14. 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.
  15. D. Morgan, Surface Acoustic Wave Filters: With Applications to Electronic Communications and Signal Processing. Academic Press, 2010.
  16. 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.
  17. S. Zhang, L. Zhu, R. Li, “Compact quadruplet bandpass filter based on alternative J/K inverters and λ/4 resonators,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 22, no. 5, pp. 224–226, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2193124.
  18. A. V. Zakharov, M. E. Il’chenko, 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.
  19. 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.
  20. S. Zhang, L. Zhu, R. Weerasekera, “Synthesis of inline mixed coupled quasi-elliptic bandpass filters based on λ/4 resonators,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 63, no. 10, pp. 3487–3493, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2015.2467380.
  21. 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.
  22. D. Lu, Y. Yang, Y. Wu, M. Yu, “Planar/waveguide quasi-elliptic linear-phase filters using mixed cascaded frequency-dependent triplets with extracted pole sections,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 69, no. 6, pp. 3070–3083, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2021.3074602.
  23. 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.
  24. A. Zakharov, S. Litvintsev, “Design features of fully shielded stripline bandpass filters affecting their frequency responses,” IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol., vol. 15, no. 6, pp. 1284–1291, 2025, doi: https://doi.org/10.1109/TCPMT.2025.3566991.
  25. 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.
  26. C.-C. Chen, Y.-R. Chen, C.-Y. Chang, “Miniaturized microstrip cross-coupled filters using quarter-wave or quasi-quarter-wave resonators,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 51, no. 1, pp. 120–131, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2002.806924.
  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. A. Zakharov, S. Rozenko, L. Pinchuk, S. Litvintsev, “Microstrip quazi-elliptic bandpass filter with two pairs of antiparallel mixed-coupled SIRs,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 31, no. 5, pp. 433–436, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2021.3065394.
  29. A. Zakharov, S. Litvintsev, “Planar bandpass filters based on resonators generating transmission zeros,” IEEE Circuits Syst. Mag., vol. 25, no. 2, pp. 57–73, 2025, doi: https://doi.org/10.1109/MCAS.2025.3543781.
  30. 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.
  31. L. Szydlowski, A. Lamecki, M. Mrozowski, “Coupled-resonator waveguide filter in quadruplet topology with frequency-dependent coupling – a design based on coupling matrix,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 22, no. 11, pp. 553–555, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2225604.
  32. 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.
  33. L. Szydlowski, N. Leszczynska, M. Mrozowski, “Generalized Chebyshev bandpass filters with frequency-dependent couplings based on stubs,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 61, no. 10, pp. 3601–3612, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2279777.
  34. 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.
  35. 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.
  36. 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.
Модельовані частотні характеристики мікросмужкових СПФ другого порядку з СІР і крутим правим схилом

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-03-25

Як цитувати

Захаров, О. В., Літвінцев, С. М., & Авдєєнко, Г. Л. (2025). Вузькосмугові мікросмужкові смуго-пропускні фільтри на товстій підкладці з низько розташованим екраном. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 68(3), 168–181. https://doi.org/10.20535/S0021347025010054

Номер

Том 68 № 3 (2025)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка