Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2023

Идентификатор DOI: 10.18127/j20700784-202312-03

Ключевые слова: microwave filter, frequency response, uneven frequency response, predistortion method, СВЧ-фильтр, АЧХ, неравномерность АЧХ, метод предыскажений

Аннотация: Постановка проблемы. При проектировании полезной нагрузки современных систем спутниковой связи очень часто встает вопрос о разработке аналоговых узкополосных полосно-пропускающих фильтров с высокими требованиями одновременно к избирательности и неравномерности амплитудно-частотной характеристики (НАЧХ). При этом в фильтрах входной части радиотракта допускается иметь высокий уровень вносимых потерь, который компенсируется малошумящими усилителями, и высокий уровень КСВ, уменьшаемый за счет вентилей, устанавливаемых на входах фильтра. Вместе с тем необходимо обеспечить малый вес и габаритные размеры фильтра, что значительно осложняет совместное выполнение требований по НАЧХ и избирательности, поскольку приходится использовать миниатюрные резонаторы с малой собственной добротностью, а это существенным образом влияет на обе характеристики. В этих условиях традиционный подход к настройке фильтров, когда максимумы обратных потерь расположены на одном, заданном изначально, низком уровне КСВ, а число минимумов соответствует порядку фильтра, не позволяет синтезировать требуемую АЧХ. Решение следует искать в специальном искажении формы частотной зависимости прямых потерь таким образом, чтобы одновременно выполнялись требования по избирательности и НАЧХ, не обращая внимание при этом на форму обратных потерь. Цель. Реализовать алгоритм синтеза фильтров-прототипов на сосредоточенных элементах по методу предыскажений и исследовать влияние степени предыскажений на величину неравномерности АЧХ фильтра и крутизну ее склонов. Результаты. Проведено исследование влияния степени предыскажения АЧХ фильтра на величину НАЧХ во всей полосе пропускания. Выявлено, что с ростом величины эффективной добротности резонаторов происходит уменьшение НАЧХ во всей полосе пропускания при увеличении крутизны склонов АЧХ, но при этом также происходит и увеличение вносимых потерь. Практическая значимость. Метод предыскажений позволяет синтезировать фильтр с малой неравномерностью АЧХ во всей полосе пропускания при сохранении высокой избирательности даже при невысоком значении собственной добротности резонаторов. When designing the payload of modern satellite communications systems, the question very often arises of developing analog narrowband bandpass filters, which must have high selectivity and at the same time have low frequency response flatness throughout the entire passband. In such applications, it is usually acceptable for filters to have significant insertion loss, since this will later be compensated by the power amplifiers. It is also possible to have a high level of SWR, which can be restored using valves at the filter inputs. In this case, as a rule, it is required to ensure high miniaturization, low weight, manufacturability in production and low cost. The latest requirements can significantly limit the developer in choosing design solutions. The disadvantage of popular synthesis methods, such as [2], is that they do not take into account the losses that inevitably occur in the materials from which the real filter is made. The frequency response of such filters has sharp edges. Meanwhile, the frequency response of a real filter always has round-shaped transition regions, and their magnitude is greater, the lower the intrinsic quality factor of the resonators of this filter. In this article, as a method for synthesizing a filter taking into account losses, we consider the use of the frequency response predistortion method [5], which makes it possible to implement filters with a low frequency response even with a low intrinsic quality factor of the resonators by increasing the insertion losses and increasing the SWR. When losses occur in the filter, its zeros and poles of reflection and transmission change their position in the frequency plane relative to the case without losses. Thus, the filter's poles are shifted to the right by an amount depending on its center frequency, bandwidth, and quality factor. The predistortion method is based on a preliminary shift of the filter poles by an amount and a further search for filter reflection zeros. This method assumes that the transmission zeros remain in the same places. In reality this is not the case, but in the passband of the filter this is acceptable due to the dominant influence of its poles [6]. As an example, we compared the characteristics of a 6th order filter with a central frequency of 1000 MHz, a pair of symmetrical zeros at frequencies: 993,5 MHz, 1006,5 MHz with traditional and predistorted settings. The behavior of the uneven frequency response of the synthesized filter on its effective quality factor is analyzed. The frequency response improved from 4,05 dB to 1,87 dB for Q _eff = 3000 and to 0,59 for Q _eff = 8000, the slope steepness improved from 1,2394 to 5,748 for Q _eff = 3000 and to 7,073 for Q _eff = 8000.

Журнал: Успехи современной радиоэлектроники

Выпуск журнала: Т.77, №12

Номера страниц: 17-25

ISSN журнала: 20700784

Место издания: Москва

Издатель: ООО "Издательское предприятие редакции журнала "Радиотехника"

• Бурлаков И.Е. (Сибирский федеральный университет)
• Креков С.Д. (Сибирский федеральный университет)
• Коцан Д.Ю. (АО «НПП «Радиосвязь»)
• Бальва Я.Ф. (Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН)

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК