Расширение функциональных возможностей электрически настраиваемых твердотельных фильтров

Твердотельные фильтры с электрической настройкой частоты являются ключевыми элементами различных многочастотных систем связи, обладающих повышенной помехоустойчивостью и надежностью. Считается, что значительная часть перспективных систем связи, 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.

Разработан новый подход к построению электрически перестраиваемых многорезонаторных фильтров с симметричными АЧХ.

Этот подход базируется на применении в фильтрах различных типов микроволновых резонаторов, а также использовании в резонаторах нескольких блоков, которые включают разное количество пар варикапов. Коммутация блоков осуществляется MEMS переключателями или p-i-n диодами. Этот подход позволяет улучшить функциональные возможности фильтров: уменьшить потери и интермодуляционные искажения сигналов; увеличить рабочую мощность; расширить диапазон перестройки; улучить симметрию частотной характеристики.

Установлены ограничения степени диапазонности микроволновых резонаторов, перестраиваемых несколькими емкостями и индуктивностями. Доказано, что при комбинированной перестройке можно осуществлять изменение резонансной частоты в широком диапазоне, превышающем декаду.

Установлен новый эффект пересечения резонансных областей, соответствующих различным колебаниям в резонаторах из отрезков линий передачи с емкостной перестройкой. Показано, что при работе на первых трех резонансных частотах полоса непрерывной перестройки частоты может превышать две октавы.
Показано, что в резонаторах петлевого типа реализуется комбинированная перестройка частоты двухмодовых колебаний с помощью емкости и индуктивности, величины которых должны быть связаны определенным условием. В резонаторах петлевого типа со шлейфом перестройка частоты двухмодовых колебаний осуществляется при помощи двух емкостей, синхронно изменяющихся по определенному закону.
Разработана методика инженерного расчета новых фильтров с расширенными функциональными возможностями.

Выполнен значительный объем экспериментальных исследований новых фильтров (8 экспериментальных образцов). Экспериментальные образцы по своим характеристиками превосходят лучшие мировые аналоги: потери фильтра на центральной частоте уменьшены в 1,8 раза (с 9 дБ до 5 дБ); показатель интермодуляционных искажений третьего порядкa IP3 увеличен на 16 дБм, с 10 дБм до 26 дБм; рабочая мощность увеличена с 1 мВт до 40 мВт; рабочая частота повышена в 1,6 раза (с 1000 МГц до 1600 МГц); коэффициент частотного перекрытия увеличен с 2 единиц до 2,4; улучшена симметрия АЧХ фильтров - показатель ее асимметрии уменьшен с 1,4 до 1,1.

Установлены особенности частотных характеристик новых фильтров, и даны рекомендации по их применению.