СВЧ-фильтр на щелевой линии (вебсайт Dr.Grigo)

Интернет-Сайт Dr. Grigo
Публикация

• Информация "download = договор с автором"

Григо, З.:

"Новый фильтр верхних частот (на СВЧ) с микрополосковой линией для входа и щелевой для выхода"

В этой статье описывается фильтр верхних частот (ФВЧ) с диапазоном ниже 3 ГГц и с согласованной полосой пропускания (ПП) 4.2 - 6.0 ГГц. Особенность этого ФВЧ в том, что вход на микрополосковой и выход на щелевой линиями передачи и в том, что переход между микрополосковой и щелевой линиями - сам элемент фильтра.
Толчок создать такой фильтр был дан задачей, разработать приёмник для спутниковой связи частотой 4.2 - 5.0 ГГц (C-Band), с промежуточной частотой (ПЧ) 900 - 1700 МГц и с условием, что частота гетеродины ниже ПП. На рис.2 видно положение частот. Для приёмников с такой ПЧ удобно пользовать широкополосные балансные смесители, у которых пара диодов помещена на переходе щелевой (входной сигнал) до копланарной линии (сигнал гетеродина). При таких смесителях для диапазона Х стало, как правило, подавлять зеркальные частоты с помощью заграждающего фильтра, образованного микрополосковыми резонаторами поперечно щелевой линии на противоположенной стороне подложки. В данном случае такой фильтр не реализуемый из-за слишком большого относительного значения полосы заграждения. Идея, пользовать ФВЧ, следует прямо из этой ситуации.

Наблюдая за эквивалентной схемой перехода щелевой - микрополосковой линии [1], найдут два элемента эллиптического ФВЧ степени n = 4 (рис.1). Остальные элементы легко реализуются в микрополосковой технике: поперечный серийный контур как двухстепенной шлейф с открытым концом, а продольная ёмкость как короткий пальчиковый ответвитель (рис.3).

Разработка фильтра прошла в следующих этапах:
- выбор походящего прототипа эллиптического НЧФ,
- пересчёт НЧ-прототипа на эллиптический ВЧФ,
- оптимизация этого ВЧФ (уже на реальных частотах),
- преобразование схемы из концентрированных элементов в схему из отрезков линий,
- оптимизация этого ВЧФ,
- реализация на 25 mil - Al₂O₃ - подложке.

САПР проводилась системой КАОS [2]. Практично полученные результаты чуть отклоняются от теоретических, но приходят навстречу требованиям практики. У первого макета была нужна незначительная коррекция длины короткозамкнутого конца щелевой линии. При следующих макетах была коррекция не нужна. Рис.2 покажет сравнение измеренных результатов с теоретическими кривыми.
Большая волнистость S₁₁ объясняется длиной щелевой линии (около 20мм) при объекте испытаний и вторым переходом на микрополосковую линию ко второму присоединению для измерения.

Измеренные результаты:

полоса заграждения:	\|S₂₁\| < -32 дБ для f < 2.8 ГГц
полоса пропускания:	\|S₁₁\| < -20 дБ для f = 4.2 - 6 ГГц \|S₂₁\| > -0.4 дБ
селективность при частоте гетеродина:	\|S₂₁\| < -20 дБ

Образец схемы описован в языке МILL [3 ... 5]. Схема показана на рис.3. Данные образца формулированы как макро, так можно фильтр позиционировать на вышестоящую схему любым образом. МILL-данные макро также написаны на рис.3.
(W в макро-интерфейсе "MI", элемент 6, - ширина щелевой линии.)

Литература:

[1]	J.B.Knorr: "Slot-Line Transitions" IEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 22(1974)May pp.548-554
[2]	З.Григо: "Машинное проектирование СВЧ-устройств", XLIV. Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню Радио, Москва май 1989
[3]	Protokoll der 41-ten Tagung der Sektion 1 des RGW, Eforie (Румыния), май 1984
[4]	З.Григо: "Язык МILL и его компилятор, служащие для конструирования фотошаблонов микрополосковых ИС СВЧ", IV. Всесоюзная научно-техническая конференция "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ на объёмных интегральных схемах", Волгоград сентябрь 1991
[5]	З.Григо: "Входной язык МILL для описания топологии ИС СВЧ", VI. Межгосударственная школа - семинар "Техника, теория, математическое моделирование и САПР сверхбыстрой обработки информации на объёмных интегральных схемах (ОИС) СВЧ и КВЧ", Калининград сентябрь 1992

Постскриптум:

Чтобы помочь о сказанном в введении я добавляю принципиальный вид схемы полученного смесителя (рис.4). (Размеры смесителя свободно выбраны.) Рис. 5 покажет результаты измерения позже изготовленного экземпляра.

Добавочная литература:

[6]	Y.H. Choung, W. C. Wong: "Microwave and Millimeter-Wave Slotline Transitiom Design", Microwave Journal (1994)3 pp.77-89
[7]	Matthew,M.R., Bradford,W.A.: "Generalized Microstrip-Slotline Transitions: Theory and Simulation vs. Experiment", Microwave Journal (1983)6 pp.88-95
[8]	Knorr,J.B, Sanez,J.: "End Effect in a Shorted Slot", IEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 21(1973)Sept. pp.579-580
[9]	Тагилев,А.Р.: "Шлейфные микрополосково-щелевые переходы", Радиотехника (1987)3 стр.73-74
[10]	Schüppert,B.: "Analysis and Design of Microwave Balanced Mixers", IEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 34(1986)Jan. pp.120-128