2.4 Свч фильтры на основе распределенных элементов

Результаты, приведенные в предыдущем разделе, показывают, что реализация фильтров на частоты свыше 3…5 ГГц вызывает ряд технологических трудностей, связанных с малыми значениями емкостей и индуктивностей, которые трудно выполнить на основе сосредоточенных элементов. Решением этой проблемы является использование квазисосредоточенных и распределенных элементов на отрезках линий передач.

Так, например, для ФНЧ Чебышева 5 порядка с неравномерностью в полосе пропускания 0,1 дБ и частотами среза 9 и 15 ГГц, выполненных по схеме, изображенной на рисунке 2.18 значения конденсаторов и индуктивностей составляют 0,5 пФ, 1…1,5 нГн и 0,3 пФ, 0,6…1,0 нГн соответственно.

Рисунок 2.18 - ФНЧ Чебышева 5 порядка

Выше уже отмечалось, что реализация таких номиналов элементов на сосредоточенных элементах является сложной задачей. Поэтому при дальнейших исследованиях возможностей создания электрических фильтров на основе жидкокристаллических полимеров будем рассматривать устройства на отрезках линий передач.

Роль заземленной емкости в этой схеме выполняет короткий отрезок линии передачи с низким волновым сопротивлением, а индуктивности – с высоким, как это показано на рисунках 2.19 а и 2.20 а. При этом ширина отрезка с высоким волновым сопротивлением составила 0,2 мм для обоих случаев, а широкого – 0,2 и 1,2 мм для фильтров на 9 и 15 ГГц соответственно.

а	б
Рисунок 2.19 - ФНЧ с частотой среза 9 ГГц (а), расчетная АЧХ (б)

а	б
Рисунок 2.20 - ФНЧ с частотой среза 15 ГГц (а), расчетная АЧХ (б)

Расчетные характеристики, исследуемых фильтров полученные методами компьютерного электромагнитного моделирования (рисунок 2.19 б и 2.20 б), показывают возможность реализации СВЧ фильтров на основе квазисосредоточенных элементов с использованием жидкокристаллических полимеров.

Для оценки возможностей создания возможностей создания полосовых фильтров на распределенных элементов с использованием жидкокристаллических полимеров были выбраны фильтры Чебышева 5 порядка с неравномерностью в полосе пропускания 0,1 дБ на частоты 8 ГГц и 15 ГГц с полосами пропускания 800 МГц и 2500 МГц соответственно на основе связанных линий передач с индуктивной связью между полуволновыми резонаторами. Эквивалентная схема такого фильтра приведена на рисунке 2.21. В первом случае резонаторы выполнялись в виде шпилек, а во втором – в виде разомкнутых отрезков линий передач (рисунок 2.22 а и 2.23 а).

Рисунок 2.21 – Полосовой фильтр Чебышева 5 порядка

Проеденный расчет топологии этих фильтров по известным методикам [2, 10, 15, 23, 29, 30, 32] показал, что в случае использования шпилечных резонаторов зазор между ними составляет 0,15 и 0,6 мм, а ширина резонаторов от 1,0 до 1,1 мм. На частоту 15 ГГц эти размеры составили 0,15…1,0 мм и 1,25…1,7 мм соответственно. На основе этих данных было проведено компьютерное электромагнитное моделирование, результаты которого (рисунок 2.22 б и 2.23 б) показывают возможность создания полосовых фильтров СВЧ диапазона с использованием жидкокристаллических полимеров на основе распределенных элементов.

а		б
Рисунок 2.22 - Полосовой фильтр на частоту 8 ГГц (а), расчетная АЧХ (б)
а	б
Рисунок 2.23 - Полосовой фильтр на частоту 15 ГГц (а), расчетная АЧХ (б)