Компактные фильтры СВЧ на базе микрополосковых шпилечных резонаторов с заземляющими отверстиями

Актуальность темы диссертационных исследований обоснована тем, что в настоящее время полосовые микрополосковые фильтры (ПМПФ) широко используются для частотной селекции сигналов в диапазоне от 300 МГц до 20 ГГц. В отдельный класс ПМПФ можно выделить фильтры, состоящие из шпилечных резонаторов. Независимо от вида фильтра из шпилечных резонаторов все они обладают одним существенным недостатком, который свойственен любому фильтру, образованному из полуволновых резонаторов. Этим недостатком является наличие резонанса на частоте воздействия, при которой на геометрической длине резонатора укладывается целая длина волны в линии. Таким образом, многорезонансность, характерная для отрезков микрополосковых линий, приводит к возникновению паразитной полосы пропускания в окрестности удвоенной средней частоты основной полосы пропускания. В данной диссертации используется оригинальный подход для устранения паразитной полосы пропускания, который базируется на преобразовании простого полуволнового резонатора в совокупность двух четвертьволновых резонаторов. Целью диссертационных исследований является разработка эффективной методики проектирования ПМПФ на шпилечных резонаторах и улучшение их электрических характеристик путем введения в резонаторы металлизированных отверстий. Основные задачи исследования: провести сравнительный анализ характеристик полуволнового резонатора с металлизированным отверстием в центре резонатора и характеристик обычного полуволнового резонатора; обосновать эффект расширения верхней полосы заграждения фильтра от введения металлизированного отверстия в центр сгиба шпильки; разработать методику синтеза фильтра, образованного заданным количеством шпилечных резонаторов, на базе методики перехода от фильтра к 2n-полюснику; разработать алгоритм синтеза полосовых микрополосковых фильтров заданной топологии для проектирования селективного устройства; оценить потенциальные возможности полосовых фильтров заданной топологии. Для решения поставленных в работе задач используются следующие методы исследования: методы электродинамики, реализованные в пакете программ HFSS; численные методы решения систем трансцендентных уравнений, в которых искомые геометрические параметры фильтра являются аргументами входящих в уравнения трансцендентных функций. К наиболее существенным научным результатам, полученным в диссертационных исследованиях, относятся: разработана математическая модель фильтра на двух противонаправленных шпильках и основные математические условия, удовлетворение которых позволяет решить задачу синтеза фильтров; разработан алгоритм проектирования фильтра на двух противонаправленных шпильках; выполнено проектирование в программе HFSS микрополоскового фильтра заданной топологии при трех шпильках в фильтре; определены свойства одной шпильки и двух расположенных рядом и свернутых в шпильки полуволновых резонаторов с металлизированным отверстием в центре сгиба шпильки; выполнена оценка влияния зазора внутри шпильки, ширины плечей шпильки и зазора между шпильками на относительную ширину основной полосы пропускания двухрезонаторного устройства.