Об использовании матрицы связи при описании полосно-пропускающих фильтров

Автор(и)

  • Александр Витальевич Захаров Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1222-1623
  • Сергей Николаевич Литвинцев Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6171-0036
  • Людмила Световна Пинчук Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1893-3365

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019040022

Ключові слова:

полосно-пропускающий фильтр, матрица связи, перекрестная связь, смешанная связь, нуль передачи, частотная характеристика

Анотація

В данной статье показано, что возможности матрицы связи [m] при описании микроволновых полосно-пропускающих фильтров (ППФ) ограничены. Существующая процедура вычисления частотных характеристик, основанная на матрице связи, недостоверно описывает физические процессы в реальных ППФ с одним или несколькими резонаторами проходного типа. Причем, эти фильтры могут иметь как простые (магнитные и электрические), так и смешанные коэффициенты связи между резонаторами. Этот факт подтвержден на четырех экспериментальных образцах микрополосковых ППФ. Фильтр третьего порядка с двумя основными и одной перекрестной связью магнитного характера имеет левосторонний нуль передачи, в то время как матрица [m] предписывает правосторонний нуль передачи. Фильтр четвертого порядка с тремя основными и тремя перекрестными связями магнитного характера имеет два разносторонних нуля передачи, в то время как матрица [m] предписывает один правосторонний нуль передачи. Фильтр пятого порядка с четырьмя основными и шестью перекрестными связями магнитного характера имеет АЧХ, близкую к симметричной, если ограничиться уровнем затухания 40 дБ. В то же время, матрица [m] приводит к асимметричной АЧХ этого фильтра с правосторонним нулем передачи. Экспериментальный трехрезонаторный ППФ микрополосковой конструкции со смешанной перекрестной связью обладает симметричной АЧХ с двумя нулями передачи, равноудаленными от центральной частоты полосы пропускания. Использование же матрицы связи приводит к симметричной АЧХ с низкой избирательностью, у которой отсутствуют нули передачи. Дается пояснение имеющим место расхождениям между измеренными характеристиками реальных фильтров и характеристиками, рассчитанными на основе матрицы связи.

Посилання

Atia, A. E.; Williams, A. E. “Narrow-bandpass waveguide filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 20, No. 4, p. 258-265, Apr. 1972. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1972.1127732.

Atia, A.; Williams, A.; Newcomb, R. “Narrow-band multiple-coupled cavity synthesis,” IEEE Trans. Circuits Syst., Vol. 21, No. 5, p. 649-655, Sep. 1974. DOI: https://doi.org/10.1109/TCS.1974.1083913.

Atia, W. A.; Zaki, K. A.; Atia, A. E. “Synthesis of general topology multiple coupled resonator filters by optimization,” IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., 7-12 Jun. 1998, Baltimore, USA. IEEE, 1998, Vol. 2, p. 821-824. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.1998.705116.

Amari S. “Synthesis of cross-coupled resonator filters using an analytical gradient-based optimization technique,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 48, No. 9, p. 1559-1564, Sep. 2000. DOI: https://doi.org/10.1109/22.869008.

Ланнэ, А. А. Оптимальный синтез линейных электронных схем. М.: Связь, 1978.

Levy, R. “Synthesis of general asymmetric singly- and doubly-terminated cross-coupled filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 42, No. 12, p. 2468-2471, Dec. 1994. DOI: https://doi.org/10.1109/22.339783.

Levy, R. “Direct synthesis of cascaded quadruplet (CQ) filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 43, No. 12, p. 2940-2945, Dec. 1995. DOI: https://doi.org/10.1109/22.476634.

Amari, S. “On the maximum number of finite transmission zeros of coupled resonator filters with a given topology,” IEEE Microw. Guided Wave Lett., Vol. 9, No. 9, p. 354-356, Sep. 1999. DOI: https://doi.org/10.1109/75.790472.

Cameron, R. J. “General coupling matrix synthesis methods for Chebyshev filtering functions,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 47, No. 4, p. 433-442, Apr. 1999. DOI: https://doi.org/10.1109/22.754877.

Cameron, R. J. “Advanced coupling matrix synthesis techniques for microwave filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 51, No. 1, p. 1-10, Jan. 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2002.806937.

Hong, J.-S. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, 2nd ed. New York: Wiley, 2011. DOI: http://doi.org/10.1002/9780470937297.

Levy, R.; Petre, P. “Design of CT and CQ filters using approximation and optimization,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 49, No. 12, p. 2350-2356, Dec. 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/22.971620.

Ma, K.; Ma, J.-G.; Yeo, K. S.; Do, M. A. “A compact size coupling controllable filter with separate electric and magnetic coupling paths,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 54, No. 3, p. 1113-1119. 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.864118.

Hoft, M.; Shimamura, T. “Design of symmetric trisection filters for compact low-temperature co-fired ceramic realization,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 58, No. 1, p. 165-175, Jan. 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2009.2035870.

Zakharov, A.; Rozenko, S.; Ilchenko, M. “Two types of trisection bandpass filters with mixed cross-coupling,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., Vol. 28, No. 7, p. 585-587, Jul. 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2018.2837905.

Zakharov, A.; Ilchenko, M. “Trisection microstrip delay line filter with mixed cross-coupling,” IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., Vol. 27, No. 12, p. 1083-1085, Dec. 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2017.2759724.

Szydlowski, L.; Lamecki, A.; Mrozowski, M. “Coupled-resonator filters with frequency-dependent couplings: Coupling matrix synthesis,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., Vol. 22, No. 6, p. 312-314, Jun. 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2197386.

Szydlowski, L.; Leszczynska, N.; Lamecki, A.; Mrozowski, M. “A substrate integrated waveguide (SIW) bandpass filter in a box configuration with frequency-dependent coupling,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., Vol. 22, No. 11, p. 556-558, Nov. 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2221690.

Szydlowski, L.; Lamecki, A.; Mrozowski, M. “Coupled-resonator waveguide filter in quadruplet topology with frequency-dependent coupling — A design based on coupling matrix,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., Vol. 22, No. 11, p. 553-555, Nov. 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2225604.

Szydlowski, L.; Leszczynska, N.; Mrozowski, M. “Generalized Chebyshev bandpass filters with frequency-dependent couplings based on stubs,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 61, No. 10, p. 3601-3612, Oct. 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2279777.

Szydlowski, L.; Jedrzejewski, A.; Mrozowski, M. “A trisection filter design with negative slope of frequency-dependent crosscoupling implemented in substrate integrated waveguide (SIW),” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., Vol. 23, No. 9, p. 456-458, Sep. 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2013.2272611.

Szydlowski, L.; Mrozowski, M. “A self-equalized waveguide filter with frequency-dependent (resonant) couplings,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., Vol. 24, No. 11, p. 769-771, Nov. 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2014.2303171.

Matthaei, G. L.; Jones, E. M. T.; Young, L. Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures. Norwood, MA: Artech House, 1980.

Kurzrok, R. M. “General three-resonator filters in waveguide,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 14, No. 1, p. 46-47, Jan. 1966. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1966.1126154.

Захаров, А. В.; Розенко, С. А. “Дуплексер на основе микрополосковых фильтров, использующих подложки с высокой диэлектрической проницаемостью,” Радиотехника и электроника, Т. 57, № 6, c. 713-720, 2012. URI: https://elibrary.ru/item.asp?id=17726257.

Kurzrok, R. M. “General four-resonator filters at microwave frequencies,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., Vol. 14, No. 6, p. 295-296. 1966. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1966.1126254.

Захаров, А. В.; Ильченко, М. Е. “Полосно-пропускающие фильтры решетчатого типа на основе полуволновых резонаторов из отрезков симметричных полосковых линий передачи,” Радиотехника и электроника, Т. 60, № 7, с. 759–765. 2015. DOI: http://doi.org/10.7868/S0033849415060182.

Захаров, А. В.; Ильченко, М. Е.; Пинчук, Л. С. “Коэффициенты связи между ступенчато-импедансными резонаторами в полосковых полосно-пропускающих фильтрах решетчатого типа,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 57, № 5, С. 35–44, 2014. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347014050045.

Захаров, А. В.; Ильченко, М. Е.; Пинчук Л. С. “Зависимость коэффициента связи между четвертьволновыми резонаторами от параметров гребенчатых полосковых фильтров,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 58, № 6, С. 52–60, 2015. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347015060060.

Richards, P. I. “Resistor-transmission-line circuits,” Proc. IRE, Vol. 36, No. 2, p. 217-220, Feb. 1948. DOI: https://doi.org/10.1109/JRPROC.1948.233274.

Riblet, H. J. “General synthesis of quarter-wave impedance transformers,” IRE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 5, No. 1, p. 36-43, Jan. 1957. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1957.1125088.

Matsumoto, A. Microwave Filters and Circuits. Academic Press, 1970. URI: https://www.elsevier.com/books/microwave-filters-and-circuits/matsumoto/978-0-12-027961-6.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-09

Як цитувати

Захаров, А. В., Литвинцев, С. Н., & Пинчук, Л. С. (2019). Об использовании матрицы связи при описании полосно-пропускающих фильтров. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(4), 201–215. https://doi.org/10.20535/S0021347019040022

Номер

Том 62 № 4 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.