Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Многомодовые резонаторы и фильтры на их основе
1Л Фильтры на двухмодовых волноводно-диэлектрических резонаторах 10
1.2 Многомодовые объемные резонаторы и фильтры 16
1.3 Многомодовые микрополосковые резонаторы и фильтры 23
ГЛАВА II Метод расчета и техника эксперимента
2 Л Метод расчета частотных характеристик микрополосковых линий 35
2.2 Изготовление образцов фильтров 47
2.3 Измерение частотных характеристик фильтров 48
ГЛАВА III Микрополосковые двухзвенные фильтры на полуволновых резонаторах со шлейфами
3.1 Микрополосковый резонатор со шлейфом 51
3.2 Двухзвенные микрополосковые фильтры на полуволновых резонаторах со шлейфами и особенности их амплитудно-частотных характеристик 55
3.3 Исследование селективных свойств микрополоскового фильтра на шпильковых резонаторах со шлейфами 64
3.4 Каскадирование двухзвенных фильтров на шпильковых резонаторах со шлейфами 70
3.5 Расчетная модель и параметрический синтез двухзвенных фильтров на шпильковых резонаторах со шлейфами 75
3.6 Выводы 81
ГЛАВА IV Микрополосковый двухзвенный фильтр на двухмодовых резонаторах с заземляющей линией
4.1 Микрополосковый резонатор с заземляющей линией 83
4.2 Двухзвенные микрополосковые фильтры на двухмодовых пшильковых резонаторах с заземляющей линией и их селективные свойства 88
4.3 Каскадирование микрополосковых двухзвенных фильтров на двухмодовых пшильковых резонаторах с заземляющей линией 96
4.4 Выводы 99
ГЛАВА V Микрополосковый фильтр на составной подложке с широкими полосами пропускания и заграждения
5.1 Микрополосковые фильтры с широкой полосой заграждения 100
5.2 Нерегулярный микрополосковый резонатор с закороченными концами полоскового проводника 106
5.3 Микрополосковые фильтры на составной подложке и их селективные свойства 109
5.4 Выводы 119
Заключение 120
Список литературы
- Многомодовые объемные резонаторы и фильтры
- Измерение частотных характеристик фильтров
- Исследование селективных свойств микрополоскового фильтра на шпильковых резонаторах со шлейфами
- Двухзвенные микрополосковые фильтры на двухмодовых пшильковых резонаторах с заземляющей линией и их селективные свойства
Введение к работе
Актуальность проблемы. Прогресс в развитии радиолокации, систем связи, средств контроля и диагностики материалов в СВЧ диапазоне обусловлен, прежде всего, совершенствованием всех компонентов радиоаппаратуры, и в том числе устройств, использующих резонансы электромагнитных колебаний. В частности, большое внимание уделяется совершенствованию конструкций частотно-селективных устройств (ЧСУ), различных датчиков на основе резонаторов, генераторов СВЧ сигналов и др.
Возрастающие требования к габаритам, надежности, а также к себестоимости изделия, приводят к необходимости создания устройств с оптимальными электрическими характеристиками в сочетании с повышенной степенью интеграции СВЧ компонентов. Это заставляет разработчиков аппаратуры, с одной стороны, широко использовать новейшие достижения науки в области электродинамики, СВЧ электроники, материаловедения, а с другой стороны - искать новые подходы к конструированию устройств и оптимизации их параметров.
Как известно, самыми миниатюрными из "электродинамических" резонаторов являются микрополосковые резонаторы (МНР) [1], поэтому в метровом и дециметровом диапазонах длин волн наиболее широкое распространение получили СВЧ устройства на их основе. Однако проблема миниатюризации остается довольно актуальной даже в конструкциях устройств на Ml IP, и она может решаться несколькими путями. Например, использование в качестве материала подложек ЫПР высокочастотных керамик с большим значением диэлектрической проницаемости (»10) приводит не только к существенному уменьшению размеров резонаторов, но и к увеличению их добротности [2].
Особое внимание в последнее время исследователи уделяют развитию нетрадиционных подходов к построению миниатюрных микрополосковых СВЧ устройств. Среди таких подходов особо выделяются два. Первый - основан на использовании так называемых нерегулярных микрополосковых ре-
зонаторов, составленных из отрезков регулярных микрополосковых линий с различным волновым сопротивлением. Нерегулярные микрополосковые резонаторы обладают рядом положительных особенностей по сравнению с регулярными МПР. К таким особенностям относятся: миниатюрность, управляемая неэквидистантность спектра собственных колебаний [3], возможность
удаления второго, паразитного резонанса почти на две октавы, повышенная собственная добротность первого, рабочего резонанса [4]. В результате устройство на нерегулярных резонаторах выигрывает не только в размерах, но и может иметь более качественную амплитудно- и фазо-частотную характеристику. Поэтому актуальны исследования направленные на изучение свойств нерегулярных микрополосковых резонаторов и получение оптимизированных конструкций ЧСУ на их основе.
Второй подход основан на использовании в СВЧ устройствах так назы
ваемых многомодовых резонаторов. Многомодовые резонаторы появились
благодаря стремлению конструкторов более эффективно использовать полез-
ный объем, занимаемый устройством. Конструктивные особенности таких ре-
1 зонаторов позволяют существенно сблизить в них собственные частоты двух
или более типов колебаний. В результате каждый многомодовый резонатор имеет сразу несколько рабочих резонансов. Однако микрополосковые многомодовые резонаторы в настоящее время применяются крайне редко, по сравнению с другими типами многомодовых электродинамических резонаторов (волноводных, диэлектрических и т.д. [5-6]). Поэтому вполне актуальны исследования направленные на изучение многомодовых МПР и построение широкого класса устройств на их основе.
Цель диссертационной работы. Разработка и исследование конструкций микрополосковых фильтров, обладающих предельно высокими электрическими характеристиками, создание программ анализа и синтеза для облегчения их проектирования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Анализ конструкций резонаторов и исследование поведения собственных частот нерегулярных микрополосковых структур в зависимости от их конструктивных параметров.
Исследование конструкций микрополосковых резонаторов с близкими собственными частотами низших мод колебаний и разработка фильтров на основе таких многомодовых резонаторов.
Создание на основе квазистатического приближения программ анализа фильтров на многомодовых МПР и исследование селективных свойств таких фильтров в зависимости от их конструктивных параметров.
Создание программы автоматизированного проектирования фильтра на двух многомодовых резонаторах типа "шпилька" со шлейфом.
Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
Предложены новые конструкции микрополосковых многомодовых резонаторов. Выявлены закономерности сближения собственных частот их нижайших мод колебаний.
На основе нерегулярных многомодовых резонаторов разработаны новые конструкции МПФ, обладающие высокими селективными характеристиками. Показано, что шлейфы в составе резонаторов можно использовать не только для создания полюсов затухания на АЧХ фильтра, но и для возбуждения дополнительных мод колебаний, участвующих в формировании полосы пропускания.
Численным анализом в квазистатическом приближении исследовано влияние параметров топологии проводников резонаторов на селективные свойства микрополосковых фильтров на многомодовых резонаторах. Показано, что варьирование конструктивных параметров позволяет эффективно управлять крутизной склонов АЧХ и уровнем затухания в полосах заграждения фильтров.
Создана программа для автоматизированного проектирования микрополосковых фильтров на многомодовых резонаторах типа "шпилька" со шлейфом.
На защиту выносится.
Конструкции многомодовых резонаторов на нерегулярных микропо-лосковых структурах.
Конструкции и результаты исследований селективных свойств микро-полосковых фильтров на основе многомодовых МПР.
Положение о возможности использования шлейфов в составе резонаторов для одновременного создания полюсов затухания с целью увеличения крутизны склонов АЧХ и для возбуждения дополнительных резонансов формирующих полосу пропускания.
Программа параметрического синтеза МПФ на многомодовых резонаторах типа "шпилька" со шлейфом.
Практическая ценность работы. Предложен ряд новых конструкций микрополосковых фильтров, обладающих высокими селективными свойствами. Фильтр на резонаторах типа "шпилька" с нерегулярным шлейфом имеет высокую крутизну склонов АЧХ. Фильтр на резонаторах типа "шпилька" с отрезком заземляющей линии обладает высокой крутизной высокочастотного склона АЧХ и широкой полосой заграждения - до двух октав. Конструкция фильтра на составной подложке позволяет реализовать устройства с широкой (до 90%) полосой пропускания и широкой (более двух октав) полосой заграждения.
На основе многомодовых нерегулярных микрополосковых резонаторов реализованы миниатюрные конструкции полосно-пропускающих фильтров. Результаты исследований крутизны склонов и уровней затухания в полосах заграждения АЧХ данных фильтров от их конструктивных параметров используются для создания устройств с требуемой избирательностью.
Использование программы синтеза фильтров на резонаторах типа "шпилька" со шлейфом позволило значительно сократить сроки разработки фильтров с такой конструкцией.
Внедрение результатов работы. Проведенные исследования позволили разработать и внедрить оптимизированные конструкции микрополосковых фильтров, которые были изготовлены по заказу научно-исследовательского института полупроводников для аппаратуры спутникового телевидения сверхвысокого разрешения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях Современные проблемы радиоэлектроники (Красноярск, 2000 - 2002 гг.), на IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов Решетневские чтения (Красноярск, 2000 г.), на Третьей ШЕЕ - Россия Международной научно-технической конференции СВЧ электроника: измерения, определение, применение (Новосибирск, 2001 г.), на ХП Международной Крымской конференции СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (Севастополь, 2002 г.), на VI Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2002 (Новосибирск, 2002 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ, в том числе в центральных научно-технических журналах 1.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитированной литературы и приложений. Общий объем диссертации - 131 страница, включая 84 рисунка, 4 страницы приложений. Библиографический список содержит 74 наименования.
Многомодовые объемные резонаторы и фильтры
Кроме двухмодовых волноводно-диэлектрических фильтров в последние годы получили развитие перспективные конструкции многомодовых фильтров на обьемных резонаторах. Среди них наиболее распространенными являются фильтры на двухмодовых резонаторах, то есть на резонаторах с двумя рабочими типами колебаний. Как правило, эти колебания являются вырожденными и ортогональными. Взаимная связь между такими колебаниями осуществляется весьма просто и является легко управляемой. Хотя фильтры на основе двухмодовых резонаторов отличаются высокими селективными характеристиками и меньшими размерами по сравнению с фильтрами на обычных одномодовых резонаторах, они все же остаются по-прежнему громоздкими, поэтому, как и в случае волноводно-диэлектрических фильтров, проблеме их миниатюризации уделяется основное внимание.
Использование объемных двухмодовых резонаторов дает двукратное уменьшение размеров и массы фильтров без ухудшения их высоких селективных свойств. Объемные двухмодовые резонаторы обычно представляют собой отрезок волновода квадратного [15], либо круглого сечения [16]. На рис. 1.5 приведены примеры конструкции двухмодовых резонаторов на основе волновода квадратного сечения. В подобных резонаторах для того чтобы связать две моды колебаний, обычно используют подстроечный винт, кото
Конструкции объемных двухмодовых резонаторов на основе волновода квадратного сечения. Рис. 1.6. Конструкция двухмодового резонатора на волноводе кгуглого сечения. рый вворачивают в резонатор под углом в 45 градусов относительно направления электрических полей двух мод колебаний (рис. 1.5а). Связь между этими двумя модами можно настраивать, изменяя глубину проникновения под-строечного винта в резонаторную полость. В работе [15] авторы утверждают, что использование подстроечного винта в такой конструкции имеет некоторые недостатки, один из которых связан с тем, что из-за острого кончика винта снижается электрическая прочность фильтра. В связи с этим предлагается другой способ организации связи между модами, который заключается в модификации конструкции резонатора посредством квадратной вставки вдоль ребра волновода (рис. 1.56). Это позволяет при точном расчете резонатора минимизировать настройку фильтра либо вообще исключить ее из производственного процесса.
Аналогичная идея была предложена в работе [16] для двухмодового объемного резонатора на волноводе круглого сечения (рис. 1.6). Отказаться от подстроечных винтов в такой конструкции невозможно, а их учет в электродинамическом расчете довольно сложен, поэтому возникает желание найти им эквивалентную замену. Авторы обратили внимание на работу [17], где была предложена конструкция двухмодового фильтра основанного на кольцевом микрополосковом резонаторе. Эквивалентная замена подстроечных винтов в предложенной конструкции была выполнена в виде двух пар шлей Рис. 1.7. Конструкция двухмодового фильтра четвертого порядка на объемных резонаторах. фов (для подстройки вырожденных резонансов) и в виде дополнительного радиального шлейфа (для подстройки связи). В полной аналогии с микрополос-ковой конструкцией авторы предложили ввести в центр двухмодового резонатора в круглом волноводе секцию ребристого круглого волновода с двумя парами выступов для настройки ортогональных резонансов и пятый выступ для организации связи между этими резонансами (рис. 1.6). Таким образом, моделирование подстроечных элементов сводится к более легкой задаче описания перехода между двумя однородными волноводами.
Двухмодовые фильтры с эллиптической АЧХ имеют оптимальную частотную селективность и потери в полосе пропускания, что требуется для высококачественных СВЧ фильтров и мультиплексеров. В работе [18] авторы предложили усовершенствованные конструкции и эффективный метод для проектирования таких двухмодовых фильтров, основанных на квадратных волноводах. Обычные подходы для проектирования фильтров данного типа требуют диафрагмы с крестообразным отверстием для обеспечения связи между парами двух мод в смежных полостях, а также подстроечные винты для двухмодовых связей внутри одной полости. Обе эти связи трудно точно рассчитать и реализовать на практике. Авторы предложили заменить крестооб 4Д,дБ АЧХ двухмодового фильтра четвертого порядка. разный вырез в диафрагме квадратным, а подстроечные винты - выступом на ребре волновода. Конструкция этого фильтра показана на рис. 1.7, она может быть как пустой, так и заполненной диэлектрическим материалом.
Порты входа и выхода являются стандартным прямоугольным волноводом, а резонансные полости реализуются на волноводе квадратного сечения для возбуждения пары вырожденных мод. Участок полости с квадратным выступом на углу располагается вблизи центра резонатора для обеспечения связи между вырожденными резонансами. Предложенная конструкция фильтра имеет более легкий и точный расчет, ее АЧХ для случая двух-резонаторного фильтра показана на рис. 1.8.
Использование большего числа рабочих колебаний в многомодовых резонаторах позволяет еще более уменьшить вес и размеры фильтров, но это задача весьма сложная. В первую очередь, сложно разработать конструкцию резонатора, в котором можно было бы почти независимо управлять резонансными частотами различных мод колебаний. Однако ряду авторов удалось показать возможность реализации фильтров на трех-, четырех- и шестимодовых объемных резонаторах [19-23].
Измерение частотных характеристик фильтров
Как известно, микрополосковые структуры для различных СВЧ схем изготавливаются методом фотолитографии. Процесс изготовления фотошаблонов для такой технологии занимает много времени, кроме того, он достаточно сложен и дорог, что особенно существенно при создании единичных экземпляров устройств. В данной работе макеты микрополосковых фильтров изготавливались с помощью автоматизированного координатографа, который был сконструирован в Институте физики СО РАН (Красноярск). Эта установка управляется ЭВМ типа IBM PC и позволяет заменить фотолитографию при изготовлении многих микрополосковых структур, где не требуется очень высокого разрешения.
Координатограф изготовлен в виде компактного настольного блока, состоящего из корпуса, столика, способного перемещаться по двум взаимно перпендикулярным направлениям, и расположенного вертикально над столиком резака, способного поворачиваться вокруг вертикальной оси на любой угол. Работа прибора основана на использовании четырех шаговых приводов. Два первых привода приводят в движение столик с закрепленной на нем подложкой по горизонтальным координатам X и У. Третий привод поднимает и опускает столик, обеспечивая тем самым в нужный момент контакт лакированной поверхности образца с резачком. Четвертый привод осуществляет поворот резачка вокруг своей оси.
Связь с компьютером осуществляется по последовательному быстродействующему каналу, состоящему из контроллера, коаксиального кабеля и драйвера, устанавливаемого на материнскую плату компьютера.
Программное обеспечение позволяет в координатной форме вводить рисунки микрополосковых структур и редактировать их, сохранять библиотеку структур, вырезать контуры заданных структур в автоматическом режиме, автоматически вводить поправку в координаты структур, учитывающую "подтрав" в зависимости от толщины металлизации. Рисунок разрабатываемого микрополоскового устройства вводится в компьютер, затем его контур вырезается прибором с высокой точностью по лаку, нанесенному на металлизированную подложку. С подлежащих удалению участков металлизации лак снимается, а затем производится обычное химическое травление структуры, которая при таком способе изготовления имеет точность не хуже 50 мкм.
Изготовленный таким образом образец припаивался металлизированным основанием к полигону, к которому крепились разъемы для подключения фильтра к коаксиальному тракту панорамного измерителя комплексных коэффициентов передачи мощности. Измерение частотных характеристик фильтров
Измерения АЧХ изготовленных макетов микрополосковых фильтров проводились на измерителях комплексных коэффициентов передачи Р4-37 и РФ-38 с рабочими диапазонами частот от 1 до 1250 МГц и от 1250 до 5000 МГц соответственно. Структурные схемы соединений измерителей для измерений ослабления и коэффициентов отражения приведены на рисунках 2.2 и 2.3. Цифрами на схемах обозначены следующие элементы: 1,14 - подключение к сети 220 В; 2 - подключение самописца, 3 - подключение ЭВМ; 4 - блок генератора; 5 - выход АРМ; 6 - вход AMP; 7 - блок измерителя; 8 -выход сигнала управления; 9 - выход ГФЧ; 10 - выход ГПЧ; 11 - вход ГПЧ; 12 - вход ГФЧ; 13 - вход сигнала управления; 15,16 - выходы ПЧ 100 кГц; 17 - выход СВЧ мощности, 18,19 - входы ПЧ 100 кГц; 20,22 - выходы опорного и измерительного канала, 21,23 - выходы гетеродинных сигналов для внешних смесителей. На рисунке 2.2: 24 - разъем для подключения исследуемого устройства. На рисунке 2.3: 24- аттенюатор с ослаблением 20дБ; 25 -аттенюатор с ослаблением 6дБ.
В квазистатическом приближении исследованы селективные свойства микрополосковых фильтров на шпильковых резонаторах с нерегулярными шлейфными элементами. Изучено влияние конструктивных параметров на крутизну склонов амплитудно-частотных характеристик устройств. Выявленные закономерности и достаточно хорошее согласие численного анализа исследуемых структур с экспериментом позволили создать программу параметрического синтеза для определения топологии проводников фильтра по заданным характеристикам. Рассмотрены фильтры, образованные каскадным соединением исследованных двухзвенных микрополосковых структур.
Как известно, в спектре собственных колебаний обычного, т.е. регулярного, микрополоскового резонатора первые несколько мод колебаний практически эквидистантны:/, /2 2/1, /з 3/і и т.д. для полуволнового резонатора, и/ь /2«3/ь /з«5/! и т.д. для четвертьволнового. Используя скачки ширины полоскового проводника резонатора, можно эту эквидистантность нарушить и сблизить частоты первых двух мод колебаний. Для этого необходимо среднюю часть полоскового проводника резонатора сделать значительно шире, чем на концах (рис. 3.1а), в случае полуволнового резонатора. Для четвертьволнового резонатора более широкой делается та часть резонатора, которая закорачивается на землю (рис. 3.16). На этом принципе сконструиро ван сверхширокополосный фильтр, описанный в главе I [38]. Однако "узкополосные" фильтры на с таких резонаторах сложны в настройке. Альтернативным решением является подключение к резонатору шлейфа, благодаря которому в нем могут возбуждаться разные моды колебаний с близкими частотами.
Исследование селективных свойств микрополоскового фильтра на шпильковых резонаторах со шлейфами
На рис. 3.126-г приведены измеренные АЧХ экспериментального макета фильтра, причем рис. 3.126 соответствует такой настройке шлейфов, при которой по два полюса располагается слева и справа от полосы пропускания, а 3.12в и 3.12г соответствуют такой настройке шлейфов, благодаря которой все полюса сведены либо на высокочастотный склон полосы, либо на низкочастотный. Сравнение селективных свойств этого фильтра с селективными свойствами фильтра на резонаторах с одним шлейфом показало, что он имеет более высокие уровни заграждения, обозначенные на рис. 3.7 как Li и Z,/,, при таких же примерно величинах коэффициентов крутизны склонов и потерь в полосе пропускания. Иными словами, его селективные свойства выше. Однако такой фильтр очень сложен в настройке, что существенно ограничивает его применение.
Следует отметить, что в СВЧ технике уже используются микрополос-ковые фильтры, резонаторы которых имеют в своем составе шлейфы. Их роль сводится к формированию полюса затухания на определенной частоте и, как следствие, к увеличению подавления на заданной частоте. В патенте [52] описан фильтр на резонаторах типа "шпилька", внутри которой подключено по два шлейфа, что, по мнению авторов, повышает селективность конструкции, однако в описании к патенту частотные характеристики не приводится, поэтому сравнивать эту конструкцию с исследуемой в данной работе нет возможности.
Таким образом, в отличие от известных конструкций микрополосковых фильтров, в которых шлейфы используются лишь для формирования полюсов затухания на заданных частотах, в данной работе описаны и исследуются конструкции микрополосковых фильтров, в которых благодаря шлейфам возбуждаются дополнительные моды колебаний, которые участвуют как в формировании полюсов затухания, так и в формировании полосы пропускания.
При изучении закономерностей поведения селективных свойств фильтров от их основных конструктивных параметров удобно пользоваться коэффициентами крутизны низкочастотного Ki и высокочастотного Kh склонов АЧХ [53], которые вычислялись по формулам где Д и Аширина полосы частот, измеренная от центра полосы пропускания соответственно до низкочастотного и высокочастотного склонов АЧХ на уровне -20 дБ от уровня минимальных потерь. Важными параметрами, также отражающими селективные свойства рассматриваемой конструкции, являются уровни минимального затухания СВЧ мощности Z,/ и Lf,, измеренные соответственно слева и справа от полосы пропускания фильтра (рис. 3.7). Для определенности, нами исследовались фильтры с центральной частотой полосы пропускания То = 0.5 ГГц и относительной шириной полосы пропускания Д/з//о=Ю% на подложках толщиной h = 1 мм из поликора (є = 9.8) и керамики ТБНС (є - 80). Для моделей фильтров, в которых ширины всех регулярных участков полосковых проводников резонаторов выбраны одинаковыми w=W\=Wz=wз=м 4=м 5=2 мм, на рис. 3.13 показаны зависимости параметров АЧХ от нормированной ширины регулярных шлейфов 5= 51= 2= 3= 4- Черными точками маркированы уровни минимумов затухания в низкочастотной полосе заграждения и коэффициенты крутизны низкочастотного склона АЧХ, а белыми точками уровни минимумов затухания в высокочастотной полосе заграждения и коэффициенты крутизны высокочас тотного склона. Сплошными линиями показаны зависимости для фильтра на подложке с диэлектрической проницаемостью є = 9.8, а штриховыми - с є = 80. Видно, что затухание в обеих полосах заграждения монотонно растет с увеличением ширины проводника регулярного шлейфа, однако при этом значительно уменьшаются коэффициенты крутизны склонов АЧХ. Видно также, что минимальное затухание L/, всегда больше L/, но с увеличением диэлектрической проницаемости подложки это различие уменьшается. Коэффициенты крутизны склонов АЧХ, напротив, практически совпадают для є = 9.8, а с ростом диэлектрической проницаемости крутизна низкочастотного склона значительно увеличивается.
Двухзвенные микрополосковые фильтры на двухмодовых пшильковых резонаторах с заземляющей линией и их селективные свойства
Исследованные двухзвенные конструкции, хотя и обладают высокой крутизной склонов АЧХ, значительно превышающей крутизну даже четы-рехзвенных микрополосковых фильтров традиционных конструкций, например, на параллельно связанных резонаторах, однако они проигрывают по уровню затухания СВЧ мощности в полосах заграждения. Увеличение же числа звеньев в рассмотренном фильтре на резонаторах со шлейфами сопровождается большими трудностями при настройке устройства. Это обусловлено не только соответствующим увеличением числа подстроечных параметров микрополосковои структуры, но и почти одинаково сильным влиянием этих параметров на амплитудно-частотную характеристику фильтра. Поэтому при необходимости обеспечения высоких уровней затухания в полосах заграждения наиболее простым и перспективным решением является каскадное соединение пары двухзвенных конструкций, имеющих одинаковую полосу пропускания [50, 55].
В качестве примера реализации такого устройства на рис. 3.18 показана амплитудно-частотная характеристика фильтра 21-го телевизионного канала, изготовленного на подложке из керамики ТБНС размерами 48x30x2 мм. Фильтр имеет относительную ширину полосы пропускания около 5% и образован каскадным соединением посредством перемычки пары идентичных двухзвенных микрополосковых конструкций, описанных выше. Видно, что при этом уровень затухания в полосах заграждения фильтра достигает величины не менее -60 дБ, а крутизна склонов его АЧХ соответствует девятире-зонаторной конструкции. Отметим, что каждая из двухзвенных микрополосковых структур фильтра умещаются на подложке размерами 24x30x2 мм, а поэтому площадь фильтра можно уменьшить в два раза, соединив экранами подложки обеих структур при их каскадировании [50].
Каскадное соединение двухзвенных секций приводит к особенно хо рошим результатам, когда требуемая относительная ширина полосы пропус кания фильтра больше 5%. В этом случае наряду с высокой прямоугольно стью АЧХ фильтра наблюдаются сравнительно малые прямые потери в поло се пропускания. Однако при изготовлении "узкополосных" фильтров, в силу сравнительно невысокой собственной добротности микрополосковых резона торов, потери в полосе пропускания могут увеличиваться вплоть до -10 дБ.
Поэтому представляет интерес каскадное соединение двухзвенных фильтров с использованием чипа-усилителя вместо емкости связи между ними, кото рый будет способен частично или полностью скомпенсировать потери в по лосе пропускания устройства [55]. Такой фильтр на основе исследованных двухзвенных микрополосковых конструкций был изготовлен, и он имел от носительную ширину полосы пропускания по уровню -ЗдБ менее 2% при центральной частоте полосы пропускания fo=\A ГГц. В качестве подложек двухзвенных микрополосковых структур использовались полированные с двух сторон пластины из керамики ТБНС (є = 80) толщиной 1 мм и площа-дью 25x10 мм . В качестве усилителя использовался чип INA-51063, которым удается полностью скомпенсировать потери в полосе пропускания фильтра и даже получить усиление сигнала до +3 дБ. Амплитудно-частотная характеристика фильтра, измеренная в широком диапазоне частот и в области полосы пропускания, представлена на рис. 3.19. Видно, что изготовленный таким образом фильтр имеет достаточно высокие параметры АЧХ, при этом он миниатюрен, его линейные размеры всего 25x27 мм. Следует отметить, что на АЧХ фильтра вблизи частоты 0.55 ГГц хорошо виден резонанс, обусловленный совместными колебаниями в двух микрополосковых резонаторах, соединенных чипом-усилителем, однако его амплитуда значительно ниже уровня -60 дБ.
Приведенные примеры построения фильтров путем каскадирования двухзвенных секций демонстрируют результирующие АЧХ с высокими параметрами, но неплохих характеристик можно добиться и от двухрезонатор-ной конструкции фильтра.
