Дата последнего обновления файла 21.12.2014

Керамические фильтры СВЧ

В диапазоне СВЧ широко применяются микрополосковые фильтры. Принцип работы этих фильтров заключается в том, что в качестве схемы второго порядка, формирующей полюс АЧХ, применяются четвертьволновые резонаторы. Эти резонаторы связаны между собой электромагнитным полем. На рисунке 1 приведены фотографии печатных плат основных типов микрополосковых полосовых фильтров. В качестве материала подложек используется поликор ВК-100 (ε = 9,8).


Рисунок 1. Топологии основных типов полосовых фильтров на керамической подложке

Основные электрические характеристики керамических фильтров СВЧ, производимых НПФ "Микран", (центральная частота настройки f0, ширина полосы пропускания Δf, затухание на центральной частоте a0 и коэффициент прямоугольности по уровню NдБ KП(NдБ)), а также размеры подложек приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные электрические характеристики микрополосковых фильтров на керамической подложке
Тип фильтра f0, ГГц Δf, ГГц a0, дБ KП(NдБ) Размер подложки, мм
MFPM-047050-01 4,85 0,3 1,5 3,5 (по уровню –20 дБ) 9×9
MFPM-047050-02 4,85 0,3 2,5 2,7 (по уровню –30 дБ) 13×9
MFPM-0812-01 10 4 1,5 2,0 (по уровню –40 дБ) 3,5×25
MFPM-362400-00 36,6 0,8 3,0 3,0 (по уровню –20 дБ) 2,5×13

В конструкции фильтра печатная плата, приведенная на рисунке 1, закрывается со всех сторон экраном. Это делается для борьбы с прямым прохождением сигнала на выход фильтра и для уменьшения влияния элементов конструкции на параметры фильтров. В качестве примера на рисунке 2 приведен внешний вид керамических полосовых фильтров, предлагаемых в [2].


Рисунок 2. Внешний вид керамических полосовых фильтров

Главный недостаток данного вида СВЧ фильтров — относительно низкая добротность резонаторных элементов (Q ~ 200–250), вследствие чего узкополосные микрополосковые фильтры имеют достаточно большие потери в полосе пропускания.

Для снижения потерь и уменьшения габаритов используются керамические фильтры на диэлектрических резонаторах. В них вместо микрополосковых линий применяются резонаторы. Уменьшение размеров резонаторов достигается за счет уменьшения длины волны при ее распространении в среде с диэлектрической постоянной ε. Чем большим ε обладает диэлектрик, тем меньше будут размеры четвертьволнового резонатора.

По совокупности массо-габаритных параметров и электрических характеристик эти фильтры занимают промежуточное положение между устройствами на полых металлических волноводах и на микрополосковых линиях. При этом керамические фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах имеют наименьший габаритный индекс потерь [3].

Основными преимуществами этих фильтров являются: малые габариты (~10×15×5 мм); небольшой вес (менее 5 г); широкий диапазон частот (от 0,8 до 10 ГГц); малые потери в полосе пропускания (от 0,1 до 4 дБ); механическая прочность; широкий температурный диапазон (−60 ... +85°С); высокая надежность; возможность поверхностного монтажа. Кроме перечисленного следует отметить способность этих фильтров пропускать значительные мощности, что позволяет применять их там, где амплитудно-частотные характеристики ПАВ-фильтров "разваливаются".

Полосовые керамические фильтры можно реализовать в виде комбинации отдельных одиночных резонаторов, которые связаны между собой магнитной связью витков проводников, присоединенных к соседним резонаторам. Общий вид одиночного керамического резонатора показан на рисунке 3.


Рисунок 3. Конструкция керамического резонатора

Резонатор представляет собой закороченную на конце экранированную симметричную линию, длина которой близка к λ/4 (λ — длина волны). Торец симметричной линии формирует емкость резонатора и является местом присоединения резонатора к фильтру. Керамический фильтр формируется из комбинации нескольких дискретных диэлектрических резонаторов с разной частотой, добротностью и, соответственно, с разной длиной. Эквивалентная схема двухрезонаторного керамического фильтра приведена на рисунке 4


Рисунок 4. Эквивалентная схема двухрезонаторного фильтра

Конструкция малогабаритных керамических многорезонаторных полосовых фильтров поверхностного монтажа приведена на рисунке 5.


Рисунок 5. Современная конструкция малогабаритного керамического фильтра на основе дискретных резонаторов

Основные характеристики малогабаритных керамических фильтров на диэлектрических резонаторах различных фирм-производителей приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные электрические характеристики керамических фильтров
Название фирмы производителя Наименование фильтра Средняя частота f0, МГц Полоса пропускания Δf, МГц Вносимые потери aвн, дБ Габаритные размеры, мм
На основе дискретных резонаторов
Murata DFCH22G45HDHAA 2450 100 1,0 14×10×4
Spectrum Control INC BPC3-2442-084SB 2442 82 2,4 10×8×3
Моноблочная конструкция
Murata DFCB32G45LBJAA 2450 100 3,2 3,6×3×1,6
Murata DFCB35G77LAHAA 5775 100 3,0 4,1×4,1×1,6
Spectrum Control INC IBB2-2442-084SA 2442 82 2 3,7×4,25×2
Spectrum Control INC IDD2-5800-150SA 5800 150 2 4,2×3,4×2
Epcos B69812N2337B313 2338 150 2 3,6×3×1,6
Epcos B69842N5807A150 5800 150 1,3 3×2×1,6
RETEC-KORUS Ltd VF2450B2 2450 100 2 6,5×4,3×3
RETEC-KORUS Ltd VF5735B20M 5735 60 3 5×4×2,5
Ферит-Домен M448.803 1601 45 1,2 10×9×5

Литература:

  1. Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — 12-е издание. М.: Додэка XXI, 2015. - 1784
  2. П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники: Пер. с англ. - 7-е издание. - М.: БИНОМ. - 2016. - 704 с.
  3. СВЧ керамические полосовые фильтры ФКП (www.sktb-relay.ru)
  4. Максим ШЕВЛЯКОВ, Алексей КОНДРАТЕНКО Полосно-пропускающие СВЧ фильтры НПФ "Микран" (www.kit-e.ru)
  5. K&L Microwave: RF and Microwave Filters and Integrated Assemblies

Вместе со статьёй "Керамические фильтры" читают:

Кварцевые фильтры
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/quartz/

Пьезокерамические фильтры
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/piezo/

Понятие ФНЧ-прототипа
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Prototip/

Аппроксимация АЧХ фильтров
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Approks/

Схемы пассивных LC фильтров
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/LC/

Схемы активных RC фильтров
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/RC/

Фильтры на переключаемых конденсаторах
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/SW_C/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Rambler's Top100