Статьи

В задачах проектирования микрополосковых фильтров большую роль играет удачный выбор начального приближения для значений искомых геометрических размеров элементов фильтра. Особенно это важно, если проектируемый фильтр обладает новыми конструктивными признаками, и методы синтеза этого устройства еще находятся на стадии разработки. В работе рассматриваются некоторые результаты проектирования полосовых микрополосковых фильтров, состоящих из противонаправленных шпилечных резонаторов с металлизированным отверстием в середине каждого резонатора. Такое техническое решение позволяет существенно расширить полосу заграждения фильтра за счет подавления паразитной полосы пропускания, которая неизбежно формируется в традиционном фильтре на полуволновых шпильках в связи с возникновением резонанса на удвоенной частоте основной полосы пропускания. Введение в резонатор металлизированных отверстий приводит к необходимости исследования свойств этих резонаторов и к определению потенциальных возможностей полосового фильтра, состоящего из таких резонансных элементов. Важнейшей характеристикой полосового фильтра, задаваемой в любом техническом задании на проектирование, является ширина основной полосы пропускания и ее положение на частотной оси. В работе получены оценки относительной ширины полосы пропускания фильтра в зависимости от ширины реализуемых значений полоскового проводника, образующего шпильку, и от зазора между плечами шпильки. В результате определяются потенциальные возможности рассматриваемых фильтров по реализуемой ими относительной ширине основной полосы пропускания. Под физической реализуемостью фильтра понимается возможность технологически реализовать значения всех геометрических размеров элементов фильтра, исходя из накладываемых на них разумных ограничений. Эти ограничения определяются технологическими допусками для минимальных геометрических размеров и габаритными и частотными ограничениями для максимальных размеров. В работе определен диапазон реализуемых геометрических размеров. Методика решения задачи синтеза фильтра основана на переходе от фильтра к 2n-полюснику и в рамках данной работы она используется как инструмент для определения потенциальных возможностей исследуемых фильтров в электродинамической среде моделирования HFSS. Реализуемые значения относительной ширины полосы пропускания фильтра лежат в пределах от 10 % до 32 %, что позволяет отнести данный тип фильтра к устройствам с умеренной шириной полосы пропускания. Приводятся результаты проектирования фильтров на двух шпилечных резонаторах для случаев предельно узких и предельно широких полос пропускания.

В статье описывается программная система, представляющая собой прикладное программное обеспечение для проектирования микрополосковых полоснопропускающих фильтров. В ее основе лежит программное обеспечение Ansoft HFSS, предназначенное для трехмерного электромагнитного моделирования СВЧ-структур. Система состоит из двух основных взаимосвязанных компонентов - программы для решения задачи анализа фильтра и программы для решения задачи синтеза многополюсника, заменяющего фильтр в процессе его проектирования. В работе приведено описание структуры программной системы и взаимосвязи ее отдельных компонентов. Использование программной системы проиллюстрировано на примере проектирования фильтра, состоящего из трех противонаправленных шпилечных резонаторов с металлизированными отверстиями в середине сгиба шпильки. Введение в середину резонатора короткозамкнутого отверстия позволяет почти в два раза расширить верхнюю полосу заграждения фильтра за счет перехода от простого полуволнового резонатора к совокупности двух четвертьволновых резонаторов. Для проектирования фильтра с отверстиями использована программная система, основанная на переходе от фильтра к многополюснику, состоящему из связанных друг с другом резонаторов. В результате спроектирован фильтр, обладающий требуемыми электрическими характеристиками. Описанная в статье программная система для проектирования данного фильтра подтвердила свою состоятельность и эффективность. Практическая значимость работы заключается в более чем двукратном расширении верхней полосы заграждения фильтра с металлизированными отверстиями по сравнению с аналогичным фильтром из простых шпилечных резонаторов без отверстий.