Резонатори з відрізків ліній передачі для смуго-пропускних фільтрів з підвищеною селективністю

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/S0021347025010066

Ключові слова:

антирезонансна частота, смуго-пропускний фільтр, вхідний адмітанс, мікрохвильовий резонатор, резонансна частота, нуль передачі

Анотація

В статті синтезовано два ступінчато-імпедансних резонатори SIR (stepped-impedance resonator), які забезпечують смуго-пропускним фільтрам (СПФ) підвищену частотну селективність. Дві антирезонансні частоти цих резонаторів ωp1 і ωp2, які є полюсами їх вхідної провідності Yвх,  розташовані близько одна від одної й еквідистантно відносно робочої резонансної частоти. Ці частоти породжують в СПФ з резонаторами паралельного типу нулі передачі TZ (transmission zero), розташовані близько до смуги пропускання, що призводить до підвищеної селективності фільтра. Обидва резонатора працюють на більш високих резонансних частотах, відповідних коливанням 3λ/4 і 5λ/4. Це дозволяє використовувати ці резонатори на дуже високих частотах без зменшення їх довжини. Встановлено основні властивості синтезованих SIR та їх особливості, які спрощують процес дизайну СПФ на їх основі. Відзначена перспективність використання синтезованих SIR в коаксіальних конструкціях фільтрів. Наведено приклади розрахунку та частотні відгуки СПФ із синтезованими резонаторами та високою частотною селективністю.

Посилання

  1. G. L. Matthaei, L. Young, and 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.
  3. A. V. Zakharov and S. 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, Aug. 2024, doi: 10.1109/TCSI.2024.3375961.
  4. A. Zakharov and 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, Aug. 2022, doi: 10.1109/TCSI.2022.3169472.
  5. Y. Wu and K. Ma, “Synthesis design of multiband bandpass filters employing multimode bandstop resonators with star-like topology,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 70, no. 6, pp. 2612–2624, Jun. 2023, doi: 10.1109/TCSI.2023.3253903.
  6. X. Wu, Y. Cao, B. Yuan, Y. Qi, and 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, Jul. 2023, doi: 10.1109/TCPMT.2023.3296108.
  7. A. Zakharov and M. Ilchenko, “Circuit function characterizing tunability of resonators,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 67, no. 1, pp. 98–107, Jan. 2020, doi: 10.1109/TCSI.2019.2940066.
  8. A. Zakharov and 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, Jul. 2020, doi: 10.1109/TCSI.2020.2971112.
  9. T. Ishizaki, M. Fujita, H. Kagata, T. Uwano, and 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: 10.1109/MWSYM.1993.276916.
  10. L. K. Yeung, K.-L. Wu, and Y. E. Wang, “Low-temperature cofired ceramic LC filters for RF applications [Applications Notes],” IEEE Microw. Mag., vol. 9, no. 5, pp. 118–128, Oct. 2008, doi: 10.1109/MMM.2008.927634.
  11. D. Morgan, Surface acoustic wave filters: with applications to electronic communications and signal processing. Academic Press, 2010.
  12. A. V. Zakharov and S. A. Rozenko, “Duplexer designed on the basis of microstrip filters using high dielectric constant substrates,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 57, no. 6, pp. 649–655, Jun. 2012, doi: 10.1134/S1064226912030187.
  13. A. V. Zakharov, M. E. Il’chenko, and 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, Jul. 2014, doi: 10.1134/S1064226914060217.
  14. 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: 10.1109/TMTT.1982.1131262.
  15. M. Makimoto and S. Yamashita, Microwave resonators and filters for wireless communication, vol. 4. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2001.
  16. А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, В. Я. Карнаух, and Л. С. Пинчук, “Полосковые полосно-пропускающие фильтры со ступенчатыми резонаторами,” Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, vol. 54, no. 3, pp. 56–63, Mar. 2011, doi: 10.20535/S0021347011030071.
  17. A. V. Zakharov and M. E. Il’chenko, “Thin bandpass filters containing sections of symmetric strip transmission line,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 58, no. 7, pp. 728–736, Jul. 2013, doi: 10.1134/S1064226913060144.
  18. A. V. Zakharov and M. E. Il’chenko, “Pseudocombline bandpass filters based on half-wave resonators manufactured from sections of balanced striplines,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 60, no. 7, pp. 801–807, Jul. 2015, doi: 10.1134/S1064226915060182.
  19. A. Atia, A. Williams, and R. Newcomb, “Narrow-band multiple-coupled cavity synthesis,” IEEE Trans. Circuits Syst., vol. 21, no. 5, pp. 649–655, Sep. 1974, doi: 10.1109/TCS.1974.1083913.
  20. R. J. Cameron, C. M. Kudsia, and R. R. Mansour, Microwave filters for communication systems, 2nd ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2018.
  21. S. Amari, U. Rosenberg, and J. Bornemann, “Adaptive synthesis and design of resonator filters with source/load-multiresonator coupling,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 50, no. 8, pp. 1969–1978, Aug. 2002, doi: 10.1109/TMTT.2002.801348.
  22. K. Ma, J.-G. Ma, K. S. Yeo, and 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, Mar. 2006, doi: 10.1109/TMTT.2005.864118.
  23. Q.-X. Chu and 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: 10.1109/TMTT.2007.914642.
  24. 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: 10.1109/mwsym.2004.1336007.
  25. A. V. Zakharov, S. A. Rozenko, and N. A. Zakharova, “Microstrip bandpass filters on substrates with high permittivities,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 57, no. 3, pp. 342–351, Mar. 2012, doi: 10.1134/S1064226912020143.
  26. A. Zakharov, S. Rozenko, and S. Litvintsev, “Combline filters with increased stopband and one-sided selectivity,” IEEE Microw. Wirel. Technol. Lett., vol. 33, no. 4, pp. 407–410, Apr. 2023, doi: 10.1109/LMWT.2022.3221269.
  27. S. Amari, M. Bekheit, and 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: 10.1109/MWSYM.2008.4633275.
  28. L. Szydlowski, A. Lamecki, and 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: 10.1109/LMWC.2012.2197386.
  29. Y. He, G. Macchiarella, Z. Ma, L. Sun, and N. Yoshikawa, “Advanced direct synthesis approach for high selectivity in-line topology filters comprising N - 1 adjacent frequency-variant couplings,” IEEE Access, vol. 7, pp. 41659–41668, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2907531.
  30. K. Wada and O. Hashimoto, “Fundamentals of open-ended resonators and their application to microwave filters,” IEICE Trans. Electron., vol. E83-C, no. 11, pp. 1763–1775, 2000, [Online]. Available: https://search.ieice.org/bin/summary.php?id=e83-c_11_1763&category=C&year=2000&lang=E&abst=.
  31. C. Quendo, E. Rius, and C. Person, “Narrow bandpass filters using dual-behavior resonators based on stepped-impedance stubs and different-length stubs,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 3, pp. 1034–1044, Mar. 2004, doi: 10.1109/TMTT.2004.823582.
  32. Z. Ma and Y. Kobayashi, “Design and realization of bandpass filters using composite resonators to obtain transmission zeros,” in 2005 European Microwave Conference, 2005, p. 1258, doi: 10.1109/EUMC.2005.1610162.
  33. C. Quendo, E. Rius, C. Person, and M. Ney, “Integration of optimized low-pass filters in a bandpass filter for out-of-band improvement,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 49, no. 12, pp. 2376–2383, 2001, doi: 10.1109/22.971624.
  34. E. Rius, C. Quendo, C. Person, A. Carlier, J. C. Cayrou, and J. L. Cazaux, “High rejection C-band planar band-pass filter for a spatial application,” in 33rd European Microwave Conference, 2003, 2003, pp. 1055–1058, doi: 10.1109/EUMA.2003.340841.
  35. A. Zakharov and S. Litvintsev, “Planar bandpass filters based on resonators generating transmission zeros,” IEEE Circuits Syst. Mag., vol. 25, no. 2, pp. 57–73, 2025, doi: 10.1109/MCAS.2025.3543781.
  36. A. Zakharov, “Parametric and structural-parametric synthesis of nonuniform transmission line resonators,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 68, no. 3, pp. 1055–1067, Mar. 2021, doi: 10.1109/TCSI.2020.3044925.
  37. P. I. Richards, “Resistor-transmission-line circuits,” Proc. IRE, vol. 36, no. 2, pp. 217–220, Feb. 1948, doi: 10.1109/JRPROC.1948.233274.
  38. H. J. Riblet, “General synthesis of quarter-wave impedance transformers,” IRE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 5, no. 1, pp. 36–43, 1957, doi: 10.1109/TMTT.1957.1125088.
  39. G. L. Matthaei, “Direct-coupled bandpass-filters with lo/4 resonators,” in 1958 IRE National Convention Record, New York: IRE, 1958, pp. 98–111.
  40. CTS Electronic Components, “CER0239A 947.5 Mhz GSM BPF Data Sheet.” www.ctscorp.com.
  41. CTS Electronic Components, “CER0546A 4000 MHz Ceramic BPF Data Sheet.”
Синтезований SIR з коливанням 3λ/4 та антирезонансними частотами близькими до резонансної частоти

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-02-26

Як цитувати

Захаров, О. В., Літвінцев, С. М., & Авдєєнко, Г. Л. (2025). Резонатори з відрізків ліній передачі для смуго-пропускних фільтрів з підвищеною селективністю. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 68(2), 118–132. https://doi.org/10.20535/S0021347025010066

Номер

Том 68 № 2 (2025)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

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