Моделювання та реалізація твердотільних фільтрів з електричним керуванням їх частоти

Твердотільні фільтри з електричною настройкою частоти є ключовими елементами різних багаточастотних систем зв'язку, що мають підвищену завадостійкість і надійність. Вважається, що значна частина перспективних систем зв'язку, в тому числі і стільникової телефонії, буде використовувати в основному ці фільтри. Дана розробка становить собою електрично перестроюванні фільтри з поліпшеними характеристиками для перспективної зв'язної апаратури, вона направлена на розвиток нової елементної бази України в області радіоелектроніки.

Запропоновано новий підхід до побудови електрично перестроюваних смуго-пропускаючих фільтрів, побудований на використанні П-подібних мікросмужечних резонаторів і декількох варикапів, підключених до кожного з них. Цей підхід дозволив створити дослідні зразки фільтрів, які по своїм характеристикам перевершують світові аналоги.

Вперше отримана формула, що визначає добротність резонаторів, які містять відрізок лінії передачі і конденсатор. Формула включає добротність лінії передачі, добротність конденсатора і чутливість резонансної частоти резонатора до зміни ємності. Вона дозволяє контролювати добротність резонаторів і внесені втрати смуго-пропускаючих фільтрів на їх основі, в процесі перестройки. На основі цієї формули встановлено ефект, що дозволяє зменшити зміну внесених втрат в перестроюваних смуго-пропускаючих фільтрах з постійною відносною шириною смуги пропускання.

Отримано рівняння, що визначають резонансні частоти П-подібного петльового резонатора з ємністю і встановлено основні його особливості. Такий резонатор основним елементом нових фільтрів. Показано, що його резонансні частоти, в залежності від їх парності, визначаються одним з двох рівнянь резонансу.
Вирішена задача збільшення діапазону перестройки мікросмужечних резонаторів, перестроюваних конденсаторами з обмеженою зміною ємності в області збільшених електричних довжин, що дозволяє використовувати їх в верхній частині сантиметрового діапазону (X-band, Ku-band). Це досягається за рахунок використання східчасто-нерегулярних резонаторів. При їх використанні смуга перестройки розширюється в 1,5 і більш разів порівняно з регулярними резонаторами. Якщо конденсатор має перекрыття по ємності
Сmax  Cmin = 2,2 , то на частотах 10 ГГц у східчастих резонаторів досяжна смуга перестройки близько 28%,
а на частотах 20 ГГц – близько 22%. Електрично-перестроюванні фільтрі з цими резонаторами характеризуються такими ж смугами перестройки.

Експериментально досліджено особливості нових фільтрів з П- подібними резонаторами. Встановлено, що лівий схил АЧХ цих фільтрів крутіше правого, а їх відносна ширина смуги пропускання зменшується по мірі збільшення частоти. Запропоновано методику інженерного розрахунку таких фільтрів.