Глава 3. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗБИРАТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВАМ И ИХ ПАРАМЕТРЫ

Избирательные устройства (фильтры) предназначены для подавления колебаний одних частот и пропуска колебаний других частот. Они используются для согласования комплексных нагрузок, формирования частотного канала, деления частотного канала на несколько более узких частотных каналов (мультиплексеры). Рассмотрим лишь устройства, формирующие один или несколько частотных каналов.

Микроэлектронные фильтры можно разделить по способу реализации на следующие типы [9, 31, 62, 72, 127]: тип 1 — с параллельно связанными полуволновыми резонаторами (рис. 3.1; тип 2 — с параллельными и последовательными шлейфами длиной , где — длина волны в линии, соответствующая средней частоте полосы пропускания (рис. 3.2); тип 3 — с полуволновыми шлейфами и четвертьволновыми соединительными линиями (рис. 3.3, а); тип 4 — на встречных стержнях (рис. 3.3, б); тип 5 — на одиночной полосковой линии с зазорами (рис. 3.3, в); тип 6 — на меандровых линиях (рис. 3.4); тип 7 — направленные (рис. 3.5); тип 8 — на диэлектрических резонаторах (рис. 3.6, а); тип 9 — на нерегулярных полосковых линиях (рис. 3.6, б). В таблице 4 приведены рекомендации по выбору типа линии при построении полосно-пропускающих фильтров этих типов.

Таблица 4 (см. скан)

Рассмотрим кратко особенности указанных типов фильтров. Фильтр типа 1 на связанных линиях имеет значительные размеры, если он не сворачивается в меандр, т. е. не превращается в фильтр

(кликните для просмотра скана)

типа 6, который максимально использует площадь подложки. Фильтры типов 2 и 3 с параллельными и последовательными шлейфами удобно выполнять на комбинациях ЩЛ и МПЛ. Фильтр типа 7 (рис. 3.5, б) интересен тем, что от полюса 1 к полюсу 4 — это узкополосный пропускающий, а от полюса 1 к полюсу -узкополосный заграждающий. Его недостаток — большие потери в полосе пропускания (порядка 3 дБ). Фильтр типа 8 на диэлектрических резонаторах имеет крутизну скатов в 3—4 раза больше, чем фильтры на МПЛ, вследствие относительно высокой добротности диэлектрических резонаторов Этот фильтр представляет цепочку диэлектрических резонаторов, расположенныхна подложке с МПЛ, которые связаны с первым и последним резонаторами.

Фильтр типа 9 имеет ряд достоинств: отсутствие паразитных полос пропускания, малые габаритные размеры и потери. Недостаток — небольшая крутизна скатов.

Полосно-заграждающие фильтры обычно аналогичны фильтрам типов 2, 3, 6, 7 с тем отличием, что длина шлейфов меняется на по сравнению с

Рис. 3.7. Чебышевская АЧХ полосового фильтра: — рабочее затухание за счет диссипативных потерь

Для расчета фильтров необходимо знать их основные параметры. Рабочее затухание (в разах) выражается через элементы волновых нормированных матриц передачи [71 и рассеяния

где является элементом нормированной матрицы передачи и лексным рабочим коэффициентом передачи.

Фазочастотная характеристика фильтра является частотной зависимостью

Фаза рабочего коэффициента передачи

Время прохождения сигнала с частотой через фильтр (групповое время)

где выражается в радианах;

Для расчета фильтра задаются несколькими точками рабочее затухание, дБ, на граничных частотах полосы пропускания (рис. 3.7); — рабочее затухание фильтра на граничных частотах и полосы заграждения; — соотношение граничных частот полосы

пропускания, где полоса пропускания в безразмерных величинах — то же, для полосы заграждения