Моделирование и реализация твердотельных фильтров с электрической перестройкой их частоты

Твердотельные фильтры с электрической настройкой частоты являются ключевыми элементами различных многочастотных систем связи, обладающих повышенной помехоустойчивостью и надежностью. Считается, что значительная часть перспективных систем святи, в том числе и сотовой телефонии, будет использовать в основном эти фильтры. Данная разработка представляет собой электрически перестраиваемые фильтры с улучшенными характеристиками для перспективной связной аппаратуры, она направлена на развитие новой элементной базы Украины в области радиоэлектроники.

Предложен новый подход к построению электрически перестраиваемых полосно-пропускающих фильтров, основанный на использовании П-образных микрополосковых резонаторов и нескольких варикапов, подключенных к каждому из них. Этот подход позволил создать опытные образцы фильтров, которые по своим характеристикам превосходят мировые аналоги.

Впервые получена формула, определяющая добротность резонаторов, содержащих отрезок линии передачи и конденсатор. Формула включает добротность линии передачи, добротность конденсатора и чувствительность резонансной частоты резонатора к изменению емкости. Она позволяет контролировать добротность резонаторов и вносимые потери полосно-пропускающих фильтров, на их основе, в процессе перестройки. На основе этой формулы установлен эффект, позволяющий уменьшить изменение вносимых потерь в перестраиваемых полосно-пропускающих фильтрах с постоянной относительной шириной полосы пропускания.

Получены уравнения, определяющие резонансные частоты П-образного петлевого резонатора с емкостью и установлены основные его особенности. Такой резонатор является основным элементом новых фильтров. Показано, что его резонансные частоты, в зависимости от их четности, определяются одним из двух уравнений резонанса.

Решена задача увеличения диапазона перестройки микрополосковых резонаторов, перестраиваемых конденсаторами с ограниченным изменением емкости в области увеличенных электрических длин, что позволяет использовать их в верхней части сантиметрового диапазона (X-band, Ku-band). Это достигается за счет использования ступенчато-нерегулярных резонаторов. При их использовании полоса перестройки расширяется в 1.5 и более раз по сравнению с регулярными резонаторами. Если конденсатор имеет перекрытие по емкости Сmax Cmin = 2,2 , то на частотах 10 ГГц у ступенчатых резонаторов достижима полоса перестройки около 28%, а на частотах 20 ГГц – около 22%. Электрически перестраиваемые фильтры с этими резонаторами характеризуются такими же полосами перестройки.

Экспериментально исследованы особенности новых фильтров с П-образными резонаторами. Установлено, что левый скат АЧХ этих фильтров круче правого, а их относительная ширина полосы пропускания уменьшается по мере увеличения частоты. Предложена методика инженерного расчета таких фильтров.