[go: up one dir, main page]

RU2728728C1 - Absorbing filter-transformer - Google Patents

Absorbing filter-transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2728728C1
RU2728728C1 RU2019145485A RU2019145485A RU2728728C1 RU 2728728 C1 RU2728728 C1 RU 2728728C1 RU 2019145485 A RU2019145485 A RU 2019145485A RU 2019145485 A RU2019145485 A RU 2019145485A RU 2728728 C1 RU2728728 C1 RU 2728728C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
inductance
resistances
capacitor
terminal
Prior art date
Application number
RU2019145485A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Баранов
Алексей Леонидович Козиков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют"
Priority to RU2019145485A priority Critical patent/RU2728728C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2728728C1 publication Critical patent/RU2728728C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09Filters comprising mutual inductance

Landscapes

  • Filters And Equalizers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to selective transforming circuits of absorbing type and can be used in various receiving-transmitting radio equipment operating up to UHF range. In particular, it can be input part of high-power amplifiers, by means of which due to absorption at low frequencies of parasitic excitations, their stability during matching impedances of transistors with standard resistances, differing from each other by high transformation ratios, increases. Absorbing filter-transformer comprises four capacitors 46–49, three inductive elements 50–52 and two resistors R and r elements 53 and 54, which differ from each other in n-fold: R/r=n>1, where n is transformation ratio equal to ratio of wave resistances of paths at input Z0 and output Z. At that L1 and L2=L1/n – inductances of elements 50, 51 have magnetic coupling with close to unit by its coefficient:
Figure 00000056
where M is mutual inductance of elements 50 and 51, and capacitances of elements 46, 47 form electrical connections between similar clamps of inductive elements 50 and 51. With such electrical and magnetic links are given ratios of capacity C1, C2 elements 48, 49 and C3 elements 46, 47 and inductance L3 of element 52, as well as calculating values of total capacitances C and nC, which provides expansion in
Figure 00000057
times operating frequencies range, and matching of active resistances, differing from each other by high transformation ratio.
EFFECT: absorbing filter-transformer is proposed.
1 cl, 8 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к селективным трансформирующим цепям поглощающего типа и может быть использовано в различной приемо-передающей радиоаппаратуре, работающей вплоть до СВЧ диапазона. В частности, оно может быть входной частью усилителей повышенной мощности, при помощи которой за счет поглощения на низких частотах паразитных возбуждений повышается их устойчивость в процессе согласования импедансов транзисторов со стандартными сопротивлениями, отличающимися друг от друга высокими коэффициентами трансформации.The proposed device relates to selective transforming circuits of the absorbing type and can be used in various transmitting and receiving radio equipment operating up to the microwave range. In particular, it can be the input part of amplifiers of increased power, with the help of which, due to absorption at low frequencies of parasitic excitations, their stability increases in the process of matching the impedances of transistors with standard resistances differing from each other by high transformation ratios.

Известен фильтр-трансформатор кольцевого типа (См. стр. 49 монографии Транзисторные усилители-ограничители мощности гармонических СВЧ колебаний / А.В. Баранов, С.Л. Моругин. - М.: Горячая линия - Телеком, 2019. - 332 с.). Эта селективная трансформирующая цепь (См. фиг. 1) представляет собой одновременно и трансформатор импедансов и полосно-заграждающий фильтр четных гармоник. Она состоит из двух отрезков 1 и 2 микрополосковых линий (МПЛ) передач с волновыми сопротивлениями ρ1, ρ2 и длинами

Figure 00000001
соответственно. Причем эти отрезки включены по отношению к входу и выходу последовательно, а по отношению друг к другу - параллельно. Входной импеданс Zвх такой цепи, нагруженной на импеданс Zн, описывается выражением [1]:Known filter-transformer of the ring type (See page 49 of the monograph Transistor amplifiers-limiters of the power of harmonic microwave oscillations / A.V. Baranov, S.L. Morugin. - M .: Hotline - Telecom, 2019. - 332 p.) ... This selective transformation network (see Fig. 1) is both an impedance transformer and an even harmonic bandstop filter. It consists of two segments 1 and 2 of microstrip transmission lines (MPL) with wave impedances ρ 1 , ρ 2 and lengths
Figure 00000001
respectively. Moreover, these segments are included in relation to the input and output in series, and in relation to each other - in parallel. The input impedance Z Rin a chain loaded by an impedance of Z n is described by expression [1]:

Figure 00000002
Figure 00000002

где υ - величина, обратно пропорциональная коэффициенту трансформации

Figure 00000003
where υ is a value inversely proportional to the transformation ratio
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где mρ21. Выражения (1), (2) получены для случая, когда элементы Y11 и Y22 матрицы проводимости [Y] равны нулю или при условии:where m ρ = ρ 2 / ρ 1 . Expressions (1), (2) are obtained for the case when the elements Y 11 and Y 22 of the conductivity matrix [Y] are equal to zero or under the condition:

Figure 00000005
Figure 00000005

Устройства, описываемые подобными (1) уравнениями, называются K-инвертерами сопротивлений. Идеальный инвертер сопротивлений ведет себя на всех частотах так же, как и четвертьволновый отрезок линии передач с волновым сопротивлением

Figure 00000006
Необходимо отметить, что за счет уменьшения v в таком устройстве можно достичь значительно более высоких коэффициентов трансформации. Знак минус в выражении (3) показывает, что один из отрезков МПЛ короче, а другой - длиннее λ/4. Из выражения (2) видно, что уменьшение о может быть обеспечено как за счет уменьшения mρ, так и за счет уменьшения длины одного из отрезков
Figure 00000007
например, при увеличении
Figure 00000008
(и наоборот). Очевидно, что максимальный коэффициент трансформации достигается, если длина одного из отрезков МПЛ стремится к λ/2. Можно показать также, что на четных гармониках основной частоты рассматриваемая фильтровая структура обладает предельно возможными полосно-заграждающими свойствами. Причем, чем меньше один из отрезков МПЛ отличается от величины λ/2 на кратных 2 частотах, тем уже полоса заграждения на этих частотах и шире полоса пропускания на основной частоте.Devices described by equations similar to (1) are called K-resistance inverters. An ideal impedance inverter behaves at all frequencies in the same way as a quarter-wave section of a transmission line with characteristic impedance.
Figure 00000006
It should be noted that by reducing v in such a device, it is possible to achieve significantly higher transformation ratios. The minus sign in expression (3) shows that one of the MSL segments is shorter, and the other is longer than λ / 4. From expression (2) it can be seen that a decrease in o can be provided both by a decrease in m ρ , and by a decrease in the length of one of the segments
Figure 00000007
for example, when increasing
Figure 00000008
(and vice versa). Obviously, the maximum transformation ratio is achieved if the length of one of the MPL segments tends to λ / 2. It can also be shown that at even harmonics of the fundamental frequency, the considered filter structure has the maximum possible band-blocking properties. Moreover, the less one of the MSL segments differs from the λ / 2 value at multiples of 2 frequencies, the narrower the stop band at these frequencies and the wider the passband at the fundamental frequency.

Недостатком данного аналога является относительно узкая полоса рабочих частот, в которой возможно согласование сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации. Кроме того, этот фильтр-трансформатор имеет слева и справа от рабочей полосы значительные полосы частот, которым соответствуют режимы полного отражения. Так, типовые полосы частот поглощения сигналов в рассмотренном аналоге составляют (20-25)% и (10-15)% при согласовании с КСВН=2 сопротивлений, которые имеют коэффициенты трансформации n, равные 1 и 10, соответственно.The disadvantage of this analogue is a relatively narrow band of operating frequencies, in which it is possible to match resistances that differ from each other by a high transformation ratio. In addition, this filter transformer has significant frequency bands to the left and right of the operating bandwidth, which correspond to the total reflection modes. So, typical frequency bands of absorption of signals in the considered analog are (20-25)% and (10-15)% when coordinated with VSWR = 2 resistances, which have transformation ratios n equal to 1 and 10, respectively.

Известна селективная цепь (См. Fisher, R.E. Broad-band twisted-wire quadrature hybrids / R.E. Fisher // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1973. - Vol. 21. - N. 5 (May). - P. 355-357). Ее схема изображена на фиг. 2. Цепь содержит нагрузку 3 с сопротивлением Z0, два одинаковых 3 дБ квадратурных направленных ответвителя 4 и 5, которые каскадно соединены друг с другом при помощи коаксиальных кабелей 6, 7 с волновыми сопротивлениями Z0 и фазовыми длинами ≈23°. Направленные ответвители 4 и 5 состоят из конденсаторов 8 - 11 с емкостью С/2 и электромагнитно связанных индуктивностей L в виде скрутки двух проводов 12 и 13, а также 14 и 15. В результате оптимизации длин коаксиальных кабелей в предлагаемой селективной каскадной цепи продемонстрировано расширение полосы рабочих частот с коэффициентом перекрытия, чуть превышающим октаву при согласовании сопротивлений в стандартных трактах с Z0. К сожалению, обладая в случае одинаковых сопротивлений трактов приемлемыми полосами частот, данная селективная цепь вообще неспособна работать в трактах с сопротивлениями, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.A selective circuit is known (See Fisher, RE Broad-band twisted-wire quadrature hybrids / RE Fisher // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1973. - Vol. 21. - No. 5 (May). - P. 355. -357). Its layout is shown in Fig. 2. The circuit contains load 3 with resistance Z 0 , two identical 3 dB quadrature directional couplers 4 and 5, which are cascaded to each other using coaxial cables 6, 7 with characteristic impedances Z 0 and phase lengths ≈23 °. Directional couplers 4 and 5 consist of capacitors 8 - 11 with capacitance C / 2 and electromagnetically coupled inductances L in the form of twisting two wires 12 and 13, as well as 14 and 15. As a result of the optimization of the lengths of coaxial cables in the proposed selective cascade circuit, the bandwidth expansion is demonstrated operating frequencies with an overlap coefficient slightly exceeding an octave when matching resistances in standard paths with Z 0 . Unfortunately, having acceptable frequency bands in the case of equal resistances of the paths, this selective circuit is generally unable to work in paths with resistances that differ from each other by a high transformation ratio.

Недостатком данного устройства и аналогичных ему селективных каскадных цепей [2] является невозможность обеспечения широких полос рабочих частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.The disadvantage of this device and similar selective cascade circuits [2] is the impossibility of providing wide bands of operating frequencies when matching resistances that differ from each other by a high transformation ratio.

Известна селективная цепь (См. патент РФ на изобретение №2174737 С2, МПК - 2006.01 НО3 Н 7/12, HO1 Р 1/20; Полосно-пропускающий СВЧ-фильтр / Хрусталев, В.А., Востряков Ю.В., Разинкин В.П., Рубанович М.А.; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный технический университет. - Опубл. 10.10.2001, Бюл. № 28. Ее блок-схема изображена на фиг. 3. Цепь содержит 3 дБ квадратурный направленный ответвитель 16, режекторные фильтры 17, 18 и нагрузки 19, 20 с сопротивлением Z0. Первый выход направленного ответвителя 16 нагружен на последовательно соединенные режекторный фильтр 17 с нагрузкой 19, второй выход - на последовательно соединенные режекторный фильтр 18 с нагрузкой 20. Балластное плечо ответвителя является выходом устройства. Спектральные составляющие входного сигнала, попавшие в полосы пропускания фильтров 17 и 18, поступают на выходы рабочих плеч направленного ответвителя 16 и отражаются от входов этих режекторных фильтров, полосы режектирования которых точно соответствует полосе пропускания предлагаемого устройства. Отраженные от режекторных фильтров 17 и 18 спектральные составляющие попадают на выход устройства. Спектральные составляющие входного сигнала, находящиеся вне полосы пропускания, не отражаются от режекторных фильтров и поступают в поглощающие нагрузки 19 и 20. Высокое качество согласования в широком диапазоне частот определяется только частотными свойствами поглощающих нагрузок и не зависит от частотных свойств трехдецибельного направленного ответвителя 16, так как режекторные фильтры (за исключением полосы режектирования) хорошо согласованы в широкой полосе частот, значительно превышающей полосу рабочих частот направленного ответвителя 16. При этом полоса рабочих частот поглощающих нагрузок 19 и 20 обычно в несколько раз превышает полосу рабочих частот направленного ответвителя 16. Вне полосы рабочих частот направленного ответвителя в каждую из нагрузок будут поступать сигналы неодинаковой амплитуды, но, тем не менее, они не будут отражаться. Данное устройство оказывается согласованным в полосе частот, значительно превышающей рабочую полосу частот направленного ответвителя. Практически качество согласования и полоса рабочих частот предлагаемого фильтра определяются качеством согласования и полосой рабочих частот поглощающих и, как правило, сверхширокополосных нагрузок 19 и 20. К сожалению, улучшение согласования в широкой полосе здесь возможно лишь при одинаковых сопротивлениях всех подводящих СВЧ трактов и поглощающих нагрузок.Known selective circuit (See RF patent for invention No. 2174737 C2, IPC - 2006.01 HO3 N 7/12, HO1 P 1/20; Bandpass microwave filter / Khrustalev, V.A., Vostryakov Yu.V., Razinkin VP, Rubanovich MA; applicant and patentee Novosibirsk State Technical University - Publ. 10.10.2001, Bulletin No. 28. Its block diagram is shown in Fig. 3. The circuit contains a 3 dB quadrature directional coupler 16, notch filters 17, 18 and loads 19, 20 with resistance Z 0. The first output of the directional coupler 16 is loaded on the series-connected notch filter 17 with load 19, the second output - on the series-connected notch filter 18 with load 20. The ballast arm of the coupler is the output of the device The spectral components of the input signal, falling into the passbands of filters 17 and 18, are fed to the outputs of the working arms of the directional coupler 16 and are reflected from the inputs of these notch filters, the rejection bands of which exactly correspond The bandwidth of the proposed device. The spectral components reflected from the notch filters 17 and 18 enter the output of the device. The spectral components of the input signal, which are out of the passband, are not reflected from the notch filters and enter the absorbing loads 19 and 20. The high matching quality in a wide frequency range is determined only by the frequency properties of the absorbing loads and does not depend on the frequency properties of the three-decibel directional coupler 16, since The notch filters (with the exception of the notch band) are well matched in a wide frequency band that significantly exceeds the operating frequency band of the directional coupler 16. In this case, the operating frequency band of absorbing loads 19 and 20 is usually several times higher than the operating frequency band of the directional coupler 16. Out of the operating frequency band directional coupler to each of the loads will receive signals of unequal amplitude, but, nevertheless, they will not be reflected. This device turns out to be matched in a frequency band significantly exceeding the operating frequency band of the directional coupler. In practice, the quality of matching and the bandwidth of the proposed filter are determined by the quality of the matching and the bandwidth of the absorbing and, as a rule, ultra-wideband loads 19 and 20. Unfortunately, improvement of matching in a wide band is possible here only with the same resistances of all supplying microwave paths and absorbing loads.

Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения широких полос рабочих частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.The disadvantage of this device is the impossibility of providing wide bands of operating frequencies when matching resistances that differ from each other by a high transformation ratio.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является селективная неотражающая цепь (См. Morgan, М.А. Reflectionless filters // USA Patent № US 8392495 B2, МПК - 2006.01 G06G 7/02, data of patent March 5, 2013). Схема данной цепи (См. Fig 9(b)) изображена на фиг. 4. Устройство представляет собой неотражающий фильтр верхних частот (ФВЧ). ФВЧ состоит из четырех конденсаторов 21-24 с емкостями С, четырех индуктивных элементов 25-28 с индуктивностями L и двух резисторов 29 и 30 с сопротивлениями R, равными волновым сопротивлениям входного Z1 и выходного Z2 СВЧ трактов, где Z1=Z2=Z0. Цепь на фиг. 4 является симметричным четырехполюсником, в котором в зависимости от способа его возбуждения на входе и выходе существует линия разреза 31, через которую либо не протекает ток, либо потенциалы расположенных на ней узлов относительно земляной шины равны нулю. Соответствующий нулевому току через линию симметрии режим возбуждения портов сигналами с одинаковыми амплитудами и фазами, называется парным или четным (even) режимом. При возбуждении обоих портов сигналами с одинаковыми амплитудами и сдвинутыми на 180° фазами режим с нулевыми потенциалами узлов на линии симметрии, называется непарным или нечетным (odd) режимом. Цепь на фиг. 4, работающая в двух отмеченных режимах, может быть описана [S]-параметрами с помощью коэффициентов отражения соответствующих схем

Figure 00000009
The closest to the proposed technical solution is a selective non-reflective circuit (See Morgan, MA Reflectionless filters // USA Patent No. US 8392495 B2, IPC - 2006.01 G06G 7/02, data of patent March 5, 2013). The circuit diagram of this circuit (See Fig 9 (b)) is shown in Fig. 4. The device is a non-reflective high-pass filter (HPF). The HPF consists of four capacitors 21-24 with capacitances C, four inductive elements 25-28 with inductances L and two resistors 29 and 30 with resistances R equal to the wave impedances of the input Z 1 and output Z 2 of the microwave paths, where Z 1 = Z 2 = Z 0 . The circuit in FIG. 4 is a symmetrical quadripole, in which, depending on the method of its excitation at the input and output, there is a cut line 31, through which either no current flows, or the potentials of the nodes located on it relative to the ground bus are equal to zero. The mode of excitation of ports with signals with the same amplitudes and phases corresponding to zero current through the symmetry line is called a pair or even mode. When both ports are excited with signals with the same amplitudes and phases shifted by 180 °, the mode with zero potentials of the nodes on the symmetry line is called the unpaired or odd (odd) mode. The circuit in FIG. 4, operating in the two noted modes, can be described by [S] -parameters using the reflection coefficients of the corresponding circuits
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
a Zeven и Zodd - входные сопротивления эквивалентных цепей, которые соответствуют расщепленным частям исходного фильтра, работающего в четном и нечетном режимах.Where
Figure 00000011
a Z even and Z odd are the input impedances of the equivalent circuits, which correspond to the split parts of the original filter operating in even and odd modes.

Из выражений (4) следует, что симметричная цепь является согласованной с обеих сторон, когда S11=S22=0, при условии:From expressions (4) it follows that a symmetrical circuit is matched on both sides when S 11 = S 22 = 0, provided:

Figure 00000012
Figure 00000012

С учетом выражения (5) коэффициенты передач этой цепи определяются формулой:Taking into account expression (5), the transmission coefficients of this chain are determined by the formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

Используя методику расчета элементов неотражающих фильтров [3], запишем входные сопротивления Zeven, Zodd для эквивалентных цепей на фиг. 5 в следующих видах:Using the method of calculating the elements of non-reflecting filters [3], we write down the input resistances Z even , Z odd for the equivalent circuits in Fig. 5 in the following forms:

Figure 00000014
Figure 00000014

где ω - циклическая рабочая частота (в радианах/секунду). Эквивалентная схема цепи на фиг. 5 а) представляет собой Т-образное соединение индуктивностей 32, 33 и емкости 34 с резистором 36 его выходе. Вместе с тем, емкости 37, 39 и индуктивность 40 с выходным резистором 42 объединены в П-образную эквивалентную схему цепи на фиг. 5 б).where ω is the cyclic operating frequency (in radians / second). The equivalent circuit diagram in FIG. 5 a) is a T-shaped connection of inductors 32, 33 and capacitance 34 with a resistor 36 at its output. At the same time, capacitors 37, 39 and inductance 40 with output resistor 42 are combined into a U-shaped equivalent circuit diagram in FIG. 5 B).

Для эквивалентных цепей на фиг. 5, описываемых уравнениями (7), справедливы соотношения (4) - (6), а их коэффициенты передачи находятся из выражения:For the equivalent circuits in FIG. 5 described by equations (7), relations (4) - (6) are valid, and their transmission coefficients are found from the expression:

Figure 00000015
Figure 00000015

которое получено для нормализованной частоты

Figure 00000016
при R=Z0 и L1=L2=Z0p, C12=1/Z0ωp где ωр - измеряемая в радианах/секунду циклическая частота полюса передаточной функции Н комплексной частоты s. После выполнения аналогичной [3] замены в уравнении (8)
Figure 00000017
передаточная функция записывается в следующем виде:which is obtained for the normalized frequency
Figure 00000016
at R = Z 0 and L 1 = L 2 = Z 0 / ω p , C 1 = C 2 = 1 / Z 0 ω p where ω p is the cyclic frequency of the pole of the transfer function H of the complex frequency s measured in radians / second. After performing a replacement similar to [3] in equation (8)
Figure 00000017
the transfer function is written as follows:

Figure 00000018
Figure 00000018

Функция Н в выражении (9) имеет полюсы

Figure 00000019
и нули
Figure 00000020
The function H in expression (9) has poles
Figure 00000019
and zeros
Figure 00000020

Проведенный для симметричной схемы прототипа анализ справедлив при условии: Z1=Z2=R=50 Ом. Вместе с тем, данный подход может быть обобщен на случай согласования прототипом сопротивлений Z1 и Z2, отличающихся друг от друга в n-раз, например: Z2=Z1/n, когда n>1. Тогда в эквивалентной схеме, которая соответствует нечетному (odd) режиму работы прототипа, элементы рассчитываются следующим образом: L2=L1/n, С2=C1n. Независимо от величины n согласование сопротивлений R и R/n в диапазоне частот ω<ωp остается здесь приемлемым. Вместе с тем, в полосе пропускания ФВЧ согласование с КСВН=2 возможно только при малых коэффициентах трансформации n<2 пока отклонения от симметрии схем невелики. Данные выводы подтверждаются на фиг. 6 графиками частотных зависимостей модулей |S21| (а) и |S11| (б) при n=1 (кривые 1), 3 (кривые 2) и 10 (кривые 3). Эти зависимости получены для прототипа с параметрами элементов L1=6.8 нГн и С1=2.7 пФ на частоте ωp/2π≈1.2 ГГц.The analysis carried out for the symmetrical prototype circuit is valid provided: Z 1 = Z 2 = R = 50 Ohm. At the same time, this approach can be generalized to the case of matching the prototype of the resistances Z 1 and Z 2 , which differ from each other n-times, for example: Z 2 = Z 1 / n, when n> 1. Then in the equivalent circuit, which corresponds to the odd (odd) mode of operation of the prototype, the elements are calculated as follows: L 2 = L 1 / n, C 2 = C 1 n. Regardless of the value of n, the matching of the resistances R and R / n in the frequency range ω <ω p remains acceptable here. At the same time, in the passband of the high-pass filter, matching with VSWR = 2 is possible only at low transformation ratios n <2, while the deviations from the symmetry of the circuits are small. These conclusions are confirmed in FIG. 6 graphs of frequency dependences of modules | S 21 | (a) and | S 11 | (b) for n = 1 (curves 1), 3 (curves 2), and 10 (curves 3). These dependences were obtained for a prototype with the parameters of the elements L 1 = 6.8 nH and C 1 = 2.7 pF at a frequency of ωp / 2π≈1.2 GHz.

Таким образом, несмотря на то, что прототип обеспечивает в полосе заграждения удовлетворительное согласование сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации, в полосе пропускания при n>2 согласования почти нет. Поэтому недостатком прототипа является узкая полоса рабочих частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.Thus, in spite of the fact that the prototype provides satisfactory matching of resistances differing from each other by a high transformation ratio in the obstacle band, there is almost no matching in the passband at n> 2. Therefore, the disadvantage of the prototype is a narrow band of operating frequencies when matching resistances that differ from each other by a high transformation ratio.

Технический эффект, на достижение которого направлено предлагаемое решение, заключается в расширении полосы рабочих частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.The technical effect to be achieved by the proposed solution consists in expanding the operating frequency band when matching resistances that differ from each other by a high transformation ratio.

Этот эффект достигается тем, что поглощающем фильтре-трансформаторе, состоящем из первого, второго и третьего конденсаторов 46, 48 и 49, из первой, второй и третьей индуктивности 50, 51 и 52, а также из первого и второго резисторов 53 и 54 с сопротивлением элемента 53, равным входному волновому сопротивлению Z0, причем общие точки последовательно соединенных пар элементов, первой пары - индуктивности 50 и резистора 53 и также второй пары - индуктивности 51 и резистора 54 подключены через конденсатор 48 и, соответственно, через конденсатор 49 к общей шине, а вторые выводы резисторов 53 и 54 соединены друг с другом и с третьей индуктивностью 52, второй вывод которой подключен к общей шине, кроме этого, свободный вывод элемента 50 подключен к первому выводу конденсатора 46 и одновременно ко входу устройства, а второй вывод элемента 51 - к выходу устройства, согласно изобретению второй вывод конденсатора 46 подключается к выходному тракту устройства с волновым сопротивлением Z=Z0/n>1, где n - коэффициент трансформации сопротивлений Z0 и Z, между одноименными зажимами индуктивностей 50 и 51, имеющих общие точки с резисторами 53 и 54 с сопротивлениями R и r=R/n, соответственно, вводится конденсатор связи 47, а между элементами 50, 51 вводится магнитная связь с близким к единице коэффициентом

Figure 00000021
где L1 - индуктивность элемента 50, L2=L1/n - индуктивность элемента 51, а М - их взаимная индуктивность, при этом параметры элементов устройства удовлетворяют соотношениям:This effect is achieved by the fact that the absorbing filter-transformer, consisting of the first, second and third capacitors 46, 48 and 49, from the first, second and third inductors 50, 51 and 52, as well as from the first and second resistors 53 and 54 with resistance element 53, equal to the input characteristic impedance Z 0 , and the common points of the series-connected pairs of elements, the first pair - inductance 50 and resistor 53 and also the second pair - inductance 51 and resistor 54 are connected through a capacitor 48 and, respectively, through a capacitor 49 to a common bus , and the second terminals of the resistors 53 and 54 are connected to each other and to the third inductance 52, the second terminal of which is connected to the common bus, in addition, the free terminal of the element 50 is connected to the first terminal of the capacitor 46 and simultaneously to the input of the device, and the second terminal of the element 51 - to the output of the device, according to the invention, the second terminal of the capacitor 46 is connected to the output path of the device with a characteristic impedance Z = Z 0 / n> 1, where n is the transformation ratio of the resistances Z 0 and Z, between the same terminals of inductors 50 and 51, which have common points with resistors 53 and 54 with resistances R and r = R / n, respectively, a coupling capacitor 47 is introduced, and between elements 50, 51 magnetic coupling is introduced with a coefficient close to unity
Figure 00000021
where L 1 is the inductance of element 50, L 2 = L 1 / n is the inductance of element 51, and M is their mutual inductance, while the parameters of the elements of the device satisfy the relations:

Figure 00000022
Figure 00000022

где L3, - индуктивность элемента 52, С1 и С2 - удвоенные величины емкостей элементов 48 и 49, а С3 - емкость элементов связи 46 и 47, общая величина которых приблизительно равна значению половинной суммарной емкости С, имеющей место между корпусом и точкой подключения элементов 50 и 53, причем эта суммарная емкость и аналогичная ей емкость nC в точке подключения элементов 51 и 54 находятся из выражений:where L 3 is the inductance of element 52, C 1 and C 2 are double the capacitances of elements 48 and 49, and C 3 is the capacitance of coupling elements 46 and 47, the total value of which is approximately equal to the value of the half total capacitance C that occurs between the case and the connection point of elements 50 and 53, and this total capacity and a similar capacity nC at the connection point of elements 51 and 54 are found from the expressions:

Figure 00000023
Figure 00000023

Принципиальная схема предложенного поглощающего фильтра-трансформатора представлена на фиг. 7. Устройство содержит четыре конденсатора 46-49, три индуктивных элемента 50-52 и два резистора 53 и 54. Причем элементы 50 и 51 индуктивно связаны, а емкости конденсаторов 46 и 47 образуют электрическую связь между одноименными зажимами этих индуктивных элементов. Элементы 53 и 54 - резисторы R и r отличаются друг от друга в n-раз: R/r=n>1, где n - равный отношению волновых сопротивлений трактов на входе и выходе Z1/Z2 коэффициент трансформации.A schematic diagram of the proposed absorbing filter-transformer is shown in Fig. 7. The device contains four capacitors 46-49, three inductive elements 50-52 and two resistors 53 and 54. Moreover, elements 50 and 51 are inductively coupled, and capacitances of capacitors 46 and 47 form an electrical connection between the same terminals of these inductive elements. Elements 53 and 54 - resistors R and r differ from each other n-times: R / r = n> 1, where n is the transformation ratio equal to the ratio of the wave impedances of the paths at the input and output Z 1 / Z 2 .

Предложенное устройство работает следующим образом. Используем известный подход [3] для расчета его элементов, чтобы установить соотношения, аналогичные уравнениям (8) и (9). Представим две расщепленные по линии симметрии цепи схемы на фиг. 7 в виде моделей на фиг. 5 а) и 5 б) с той лишь разницей, что под элементами 32 и 40 будем понимать связанные элементы 50 и 51 на фиг. 7 с индуктивностями L1 и L2=L1/n. Кроме того, конденсаторы 34, 35 и 37, 39 будем считать элементами, которые обладают относительно корпуса суммарными емкостями С и nC, соответственно, в общих точках подключения на фиг. 7 элементов 48, 50, 53, а также 49, 51, 54. С учетом этих замечаний перепишем уравнения (7) в новом, соответствующем двум цепям схемы на фиг. 7 виде:The proposed device works as follows. We use the well-known approach [3] to calculate its elements in order to establish relations similar to equations (8) and (9). Imagine two circuits split along the symmetry line in FIG. 7 as models in FIG. 5 a) and 5 b) with the only difference that by elements 32 and 40 we mean connected elements 50 and 51 in Fig. 7 with inductances L 1 and L 2 = L 1 / n. In addition, capacitors 34, 35 and 37, 39 will be considered elements that have, relative to the case, total capacities C and nC, respectively, at the common connection points in FIG. 7 elements 48, 50, 53, as well as 49, 51, 54. Taking these remarks into account, we rewrite equations (7) in a new one corresponding to two circuits of the circuit in Fig. 7 form:

Figure 00000024
Figure 00000024

где Zвх и Zвых - входное и выходное сопротивления индуктивно связанных элементов, нагруженных на сопротивления R и r. В соответствии с рекомендациями [4] Zвх и Zвых находятся из выражений:

Figure 00000025
в которых величина
Figure 00000026
означает взаимную индуктивность.where Z in and Z out are the input and output resistances of inductively coupled elements loaded on resistances R and r. In accordance with the recommendations [4] Z in and Z out are found from the expressions:
Figure 00000025
in which the value
Figure 00000026
means mutual inductance.

Используя при расчете предлагаемого устройства ту же методику [3], выполним нормировку текущей частоты ω к частоте установленного для прототипа полюса ωр, что поможет при проведении последующих сравнительных оценок. Для нормализованной частоты

Figure 00000027
рассчитаем все элементы с учетом этого замечания: L1=Z0p, L2=Z0/nωp, С=1/Z0ωp, R=Z0, r=Z0/n. Запишем уравнения (10) следующим образом:Using the same methodology [3] in calculating the proposed device, we will normalize the current frequency ω to the frequency of the pole ω p set for the prototype, which will help with subsequent comparative assessments. For normalized frequency
Figure 00000027
we calculate all the elements taking into account this remark: L 1 = Z 0 / ω p , L 2 = Z 0 / nω p , С = 1 / Z 0 ω p , R = Z 0 , r = Z 0 / n. Let us write equations (10) as follows:

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Если в выражениях (11) и (12) предположить при 0<k<1 выполнение условий:If in expressions (11) and (12) we assume at 0 <k <1 the fulfillment of the conditions:

Figure 00000030
Figure 00000030

то для рассматриваемых выше цепей, которые описываются сопротивлениями Zeven, Zodd, полностью выполняются уравнения (4)-(6). Формально, без учета замечания (13), коэффициенты передачи предлагаемой цепи вычисляются из выражения:then for the circuits considered above, which are described by resistances Z even , Z odd , equations (4) - (6) are fully satisfied. Formally, without taking into account remark (13), the transmission coefficients of the proposed circuit are calculated from the expression:

Figure 00000031
Figure 00000031

Предполагая в уравнении (14) выполнение условий (13), выражение (14) полностью совпадает с уравнением (8). После перехода в уравнении (14) к комплексным частотам путем замены

Figure 00000032
передаточная функция при отмеченных ниже приближениях может быть записана следующем виде:Assuming in equation (14) the fulfillment of conditions (13), expression (14) completely coincides with equation (8). After passing in equation (14) to complex frequencies by replacing
Figure 00000032
The transfer function for the approximations noted below can be written as follows:

Figure 00000033
Figure 00000033

Например, знаменатель функции H(s) может быть разложен на множители только с точностью до малой величины

Figure 00000034
а числитель - лишь при условии k→1. Принимая во внимание данные предположения, функция H(s) в выражении (15) имеет полюсы:For example, the denominator of the function H (s) can be factorized only up to a small value
Figure 00000034
and the numerator only under the condition k → 1. Taking into account these assumptions, the function H (s) in expression (15) has poles:

Figure 00000035
Figure 00000035

Несмотря на принятые приближения, s2,s3,s4 совпадают с полюсами прототипа, когда в выражении (15) k=0 или когда магнитная связь отсутствует. Вместе с тем, в условиях указанных предположений величины нулей

Figure 00000036
практически приближаются к значениям нулей прототипа только при k→1, когда второй нуль
Figure 00000037
пропадает, так как в выражении (15) второй сомножитель в числителе и первый сомножитель в знаменателе сокращаются. Основной вывод, который можно сделать из анализа выражения (15), заключается в том, что по отношению к циклической частоте ωр полюса прототипа циклическая частота
Figure 00000038
нового полюса s2 или полюса предлагаемого устройства определяется выражением:Despite the accepted approximations, s 2 , s 3 , s 4 coincide with the poles of the prototype when k = 0 in expression (15) or when there is no magnetic coupling. At the same time, under the conditions of the indicated assumptions, the values of the zeros
Figure 00000036
practically approach the values of the prototype zeros only for k → 1, when the second zero
Figure 00000037
disappears, since in expression (15) the second factor in the numerator and the first factor in the denominator are canceled. The main conclusion that can be drawn from the analysis of expression (15) is that in relation to the cyclic frequency ω p of the prototype pole, the cyclic frequency
Figure 00000038
the new pole s 2 or the pole of the proposed device is determined by the expression:

Figure 00000039
Figure 00000039

Из выражения (16) следует, что введение магнитной связи позволяет перемещать частоту полюса вверх по диапазону, причем тем эффективней, чем ближе к единице выбирается ее коэффициент. Так, при 3-дБ коэффициенте магнитной связи k=0.707 частота полюса ωp увеличивается в 1.41 раза, а при k=0.95 - в 3.2 раза. Учитывая, что при ω/ωp<1 в прототипе независимо от величины n согласование сопротивлений R и R/n остается приемлемым, вполне можно предположить, что поведение предлагаемого устройства будет таким же. Это утверждение подтверждают также и соотношения (13).From expression (16) it follows that the introduction of a magnetic coupling makes it possible to move the frequency of the pole up the range, and the more efficiently, the closer to unity its coefficient is chosen. Thus, at a 3-dB magnetic coupling coefficient k = 0.707, the pole frequency ω p increases by a factor of 1.41, and at k = 0.95, by a factor of 3.2. Considering that when ω / ω p <1 in the prototype, regardless of the value of n, the matching of the resistances R and R / n remains acceptable, it can be assumed that the behavior of the proposed device will be the same. This statement is also confirmed by relations (13).

Тогда в предлагаемом устройстве при условии

Figure 00000040
для текущей циклической частоты со справедливо неравенство:Then, in the proposed device, provided
Figure 00000040
for the current cyclic frequency with the inequality is true:

Figure 00000041
Figure 00000041

Неравенство (17) означает, что также как и в прототипе в предлагаемом устройстве, частотный диапазон согласования отличающихся друг от друга сопротивлений ограничен сверху частотой полюса. И поскольку в соответствии с формулой (16)

Figure 00000042
больше ωр в
Figure 00000043
раз, то значение со также будет больше величины со в
Figure 00000044
раз.Inequality (17) means that, as in the prototype in the proposed device, the frequency range of matching of different resistances is limited from above by the frequency of the pole. And since in accordance with the formula (16)
Figure 00000042
more ω p in
Figure 00000043
times, then the value of ω will also be greater than the value of ω in
Figure 00000044
time.

Используя параметры элементов описанных эквивалентных цепей, синтезируем исходную цепь на фиг. 7. В процессе синтеза учтем рекомендации работы [5]. Выполним операции, которые не влияют на режимы работы цепей на фиг. 5, когда в цепи а) через линию симметрии 31 не протекает ток, а в цепи б) потенциалы расположенных на ней узлов относительно земляной шины равны нулю. В первой схеме добавим емкость 35 и поменяем местами элементы 33 и 36, а их среднюю точку соединим с линией симметрии 31. На фиг. 5 б) переместим абсолютные земляные контакты 43 и вывода конденсатора 37 на виртуальные заземления в линию симметрии 31. Во второй схеме также добавим между виртуальной и абсолютной землей индуктивность 41. Кроме того, в стандартную процедуру синтеза введем новые дополнения, которые связаны с элементами 46-49. Обозначим элементы 46-49 следующим образом: элементы 48 и 49 - конденсаторами емкостью С1/2 и С2/2, соответственно, а элементы 46 и 47 - конденсаторами связи с одинаковыми емкостями Сз, с суммарной емкостью связи 2С3, которая приблизительно равна значению половинной суммарной емкости С. В этом случае разделение емкостей С1 и С2 пополам и подключение их вторых половинок к линии симметрии 31 на фиг. 5 а) и б) также не приводит к нарушению режимов работы рассматриваемых эквивалентных цепей. При этом половинные емкости элементов 34 и 39, а также половинные емкости элементов 35 и 38 образуют емкости элементов 46 и 47, а элементы 33 и 41 объединяются в элемент 52 с суммарной индуктивностью L3 (См. фиг. 5 и 7). В результате проведенных процедур синтезирован предлагаемый поглощающий фильтр-трансформатор, параметры элементов которого вычисляются из выражений:Using the parameters of the elements of the described equivalent circuits, we synthesize the original circuit in Fig. 7. In the process of synthesis, we will take into account the recommendations of [5]. Let us perform operations that do not affect the operating modes of the circuits in Fig. 5, when in the circuit a) no current flows through the line of symmetry 31, and in the circuit b) the potentials of the nodes located on it with respect to the ground bus are zero. In the first circuit, we add a container 35 and interchange elements 33 and 36, and connect their midpoint to the line of symmetry 31. In Fig. 5 b) we move the absolute ground contacts 43 and the output of the capacitor 37 to the virtual ground in the symmetry line 31. In the second circuit, we also add inductance 41 between the virtual and absolute ground. In addition, we introduce new additions to the standard synthesis procedure, which are associated with elements 46- 49. Let us designate elements 46-49 as follows: elements 48 and 49 are capacitors with a capacity of C 1/2 and C 2/2 , respectively, and elements 46 and 47 are coupling capacitors with the same capacitances Cz, with a total coupling capacity 2C 3 , which is approximately equal to the value of half the total capacity C. In this case, the division of the capacities C 1 and C 2 in half and the connection of their second halves to the line of symmetry 31 in FIG. 5 a) and b) also does not lead to a violation of the operating modes of the considered equivalent circuits. In this case, the half capacities of the elements 34 and 39, as well as the half capacities of the elements 35 and 38 form the capacities of the elements 46 and 47, and the elements 33 and 41 are combined into an element 52 with a total inductance L 3 (See Figs. 5 and 7). As a result of the performed procedures, the proposed absorbing filter-transformer was synthesized, the parameters of the elements of which are calculated from the expressions:

Figure 00000045
Figure 00000045

а величины суммарных емкостей С и nC находятся следующим образом:and the values of the total capacities C and nC are found as follows:

Figure 00000046
Figure 00000046

Таким образом, при расчете параметров элементов по формулам (18)-(21) в поглощающем фильтре-трансформаторе гарантируется в соответствии с формулами (16) и (17) расширение диапазона рабочих частот, где обеспечивается согласование активных сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации.Thus, when calculating the parameters of the elements according to the formulas (18) - (21) in the absorbing filter-transformer, in accordance with the formulas (16) and (17), the expansion of the operating frequency range is guaranteed, where the matching of active resistances differing from each other by a high coefficient transformation.

Примеры конкретного выполнения устройства. В качестве таких примеров представим макеты поглощающих фильтров-трансформаторов, которые разработаны по результатам моделирования с использованием рекомендаций книги [6]. На низких частотах основной элементы 50 и 51 - индуктивности с магнитной связью могут быть выполнены в виде трансформатора с магнитным сердечником, на высоких частотах - в виде скрутки двух проводов [7]. При разработке двух макетов предлагаемого устройства используем стандартную для выбранного пакета программ [6] модель связанных индуктивностей MUC2. Устанавливая в модели MUC2 коэффициенты магнитной связи, равные 0.9 и 0.95, рассчитаем по формулам (18) - (21) параметры элементов каждого из макетов, работающих при n=3 и 10. Для удобства сравнения характеристик прототипа и макетов вычислим при R=50 Ом их элементы на той же частоте полюса ωp/2π≈1.2 ГГц. В первом макете при k=0.9, n=3 найдем следующие параметры элементов: L1=6.8 нГн, L2=2.2 нГн, L3=1.7 нГн, С1/2=1.6 пФ, С2/2=7.5 пФ, 2С3=1.32 пФ, С/2=1.35 пФ. Рассчитаем также параметры элементов второго макета при n=10 и k=0.95: L1=6.9 нГн, L2=0.7 нГн, L3=0.64 нГн, C1/2=1.42 пФ, С2/2=31 пФ, 2С3=1.35 пФ, С/2=1.35 пФ. Результаты моделирования данных макетов в виде графиков частотных зависимостей модулей ⎢S21⎢ (кривая 1), ⎢S11⎢ (кривая 2) и ⎢S22⎢ (кривая 3) представлены на фиг. 8 а) (для первого макета) и на фиг. 8 б) (для второго макета). Полученные выше результаты моделирования вполне соответствуют теоретическим выводам. Так, при изменении величины к с 0.9 до 0.95 в предлагаемом устройстве частота полюса (и, следовательно, диапазон возможного согласования) теоретически возрастает в 1.4 раза. Рост в 1.44 раза подтвержден экспериментально. При согласовании сопротивлений с КСВН=2 и n=3 частотный диапазон предлагаемого устройства по сравнению с прототипом выше в 2.7 раза, а при согласовании сопротивлений, когда n=10, - в 3.9 раза (См. фиг. 6 и 8).Examples of specific implementation of the device. As such examples, we present the layouts of absorbing filter-transformers, which are developed based on the results of modeling using the recommendations of the book [6]. At low frequencies, the main elements 50 and 51 - inductors with magnetic coupling can be made in the form of a transformer with a magnetic core, at high frequencies - in the form of twisting two wires [7]. When developing two prototypes of the proposed device, we use the model of coupled inductances MUC2, standard for the selected software package [6]. Setting the magnetic coupling coefficients in the MUC2 model equal to 0.9 and 0.95, we calculate the parameters of the elements of each of the layouts using formulas (18) - (21), operating at n = 3 and 10. For the convenience of comparing the characteristics of the prototype and layouts, we calculate at R = 50 Ohm their elements at the same pole frequency ω p /2π≈1.2 GHz. In the first model for k = 0.9, n = 3, we find the following parameters of the elements: L 1 = 6.8 nH, L 2 = 2.2 nH, L 3 = 1.7 nH, C 1 /2=1.6 pF, C 2 /2=7.5 pF, 2C 3 = 1.32 pF, C / 2 = 1.35 pF. Calculate parameters as elements of the second layout when n = 10 and k = 0.95: L 1 = 6.9 nH, L 2 = 0.7 nH, L 3 = 0.64 nH, C 1 /2=1.42 pF, C 2/2 = 31 pF, 2C 3 = 1.35 pF, C / 2 = 1.35 pF. The results of modeling these models in the form of graphs of the frequency dependences of the modules S 21 ⎢ (curve 1), ⎢S 11 ⎢ (curve 2) and ⎢S 22 (curve 3) are shown in Fig. 8 a) (for the first layout) and in Fig. 8 b) (for the second layout). The simulation results obtained above are in good agreement with the theoretical conclusions. So, when the value of k changes from 0.9 to 0.95 in the proposed device, the pole frequency (and, therefore, the range of possible matching) theoretically increases by 1.4 times. An increase of 1.44 times is confirmed experimentally. When the resistances are matched with VSWR = 2 and n = 3, the frequency range of the proposed device is 2.7 times higher than the prototype, and when the resistances are matched, when n = 10, it is 3.9 times higher (See Figs. 6 and 8).

Таким образом, рассмотренные примеры конкретной реализации поглощающих фильтров-трансформаторов подтверждает возможность расширения полосы рабочих частот при согласовании сопротивлений, отличающихся друг от друга высоким коэффициентом трансформации. Причем экспериментальные результаты полностью подтверждают полученные теоретические выводы.Thus, the considered examples of the specific implementation of absorbing filter-transformers confirm the possibility of expanding the operating frequency band when matching resistances that differ from each other by a high transformation ratio. Moreover, the experimental results fully confirm the obtained theoretical conclusions.

Источники информацииSources of information

1. Баранов, А.В. Миниатюризация трансформаторов импедансов кольцевого типа / А.В. Баранов, М.В. Кренцин // Изв. вузов Сер. Радиоэлектроника. - 1990. - №9. - С. 90-91.1. Baranov, A.V. Miniaturization of ring-type impedance transformers / A.V. Baranov, M.V. Krentsin // Izv. universities Ser. Radio electronics. - 1990. - No. 9. - S. 90-91.

2. Patent US 3514722, Н03Н 7/04 (2006.01) Networks using cascaded quadrature couplers, each coupler having a different center operating frequency / J.D. Cappucci; 26 May 1970.2. Patent US 3514722, H03H 7/04 (2006.01) Networks using cascaded quadrature couplers, each coupler having a different center operating frequency / J.D. Cappucci; 26 May 1970.

3. Morgan, M.A. Thinking outside the band: Absorptive filtering / M.A. Morgan // 1203.2174.pdf доступен с 9 марта 2012. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.arxiv.org.3. Morgan, M.A. Thinking outside the band: Absorptive filtering / M.A. Morgan // 1203.2174.pdf available from March 9, 2012. - [Electronic resource]. - Access mode: http://www.arxiv.org.

4. Матханов, П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи: учебник для вузов / П.Н. Матханов. - М.: Высшая школа, 1981. - 333 с.4. Matkhanov, P.N. Fundamentals of electrical circuit analysis. Linear circuits: textbook for universities / P.N. Matkhanov. - M .: Higher school, 1981 .-- 333 p.

5. Morgan, M.A. Synthesis of a new class of reflectionless filter prototypes / M.A. Morgan and T.A. Boyd // 1008.3502.pdf доступен с 20 августа 2010. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.arxiv.org.5. Morgan, M.A. Synthesis of a new class of reflectionless filter prototypes / M.A. Morgan and T.A. Boyd // 1008.3502.pdf available from August 20, 2010. - [Electronic resource]. - Access mode: http://www.arxiv.org.

6. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office / В.Д. Разевиг, Ю.В. Потапов, А.А. Курушин; под ред. В.Д. Разевига. - М.: Солон-Пресс, 2003. - 496 с.6. Design of microwave devices using Microwave Office / V.D. Razevig, Yu.V. Potapov, A.A. Kurushin; ed. V.D. Razevig. - M .: Solon-Press, 2003 .-- 496 p.

7. Баранов, А.В. Проектирование СВЧ-усилителей большой мощности в классе «Е» / А.В. Баранов // Радиотехника. - 2006. - №12. - С. 65-70.7. Baranov, A.V. Design of high-power microwave amplifiers in class "E" / A.V. Baranov // Radio engineering. - 2006. - No. 12. - S. 65-70.

Claims (3)

Поглощающий фильтр-трансформатор, состоящий из первого, второго и третьего конденсаторов 46, 48 и 49, из первой, второй и третьей индуктивностей 50, 51 и 52, а также из первого и второго резисторов 53 и 54 с сопротивлением элемента 53, равным входному волновому сопротивлению Z0, причем общие точки последовательно соединенных пар элементов, первой пары - индуктивности 50 и резистора 53 и также второй пары - индуктивности 51 и резистора 54, подключены через конденсатор 48 и соответственно через конденсатор 49 к общей шине, а вторые выводы резисторов 53 и 54 соединены друг с другом и с третьей индуктивностью 52, второй вывод которой подключен к общей шине, кроме этого, свободный вывод элемента 50 подключен к первому выводу конденсатора 46 и одновременно ко входу устройства, а второй вывод элемента 51 - к выходу устройства, отличающийся тем, что второй вывод конденсатора 46 подключается к выходному тракту устройства с волновым сопротивлением Z=Z0/n>1, где n - коэффициент трансформации сопротивлений Z0 и Z, между одноименными зажимами индуктивностей 50 и 51, имеющих общие точки с резисторами 53 и 54 с сопротивлениями R и r=R/n соответственно, вводится конденсатор связи 47, а между элементами 50, 51 вводится магнитная связь с близким к единице коэффициентом
Figure 00000047
где L1 - индуктивность элемента 50, L2=L1/n - индуктивность элемента 51, а М - их взаимная индуктивность, при этом параметры элементов устройства удовлетворяют соотношениям:
An absorption filter transformer, consisting of the first, second and third capacitors 46, 48 and 49, from the first, second and third inductors 50, 51 and 52, as well as from the first and second resistors 53 and 54 with the resistance of the element 53 equal to the input wavelength resistance Z 0 , and the common points of series-connected pairs of elements, the first pair - inductance 50 and resistor 53 and also the second pair - inductance 51 and resistor 54, are connected through the capacitor 48 and, respectively, through the capacitor 49 to the common bus, and the second terminals of the resistors 53 and 54 are connected to each other and to the third inductance 52, the second terminal of which is connected to the common bus, in addition, the free terminal of the element 50 is connected to the first terminal of the capacitor 46 and at the same time to the input of the device, and the second terminal of the element 51 is connected to the output of the device, characterized in that that the second terminal of the capacitor 46 is connected to the output path of the device with a characteristic impedance Z = Z 0 / n> 1, where n is the transformation ratio resistances Z 0 and Z, between the terminals of the same name of inductors 50 and 51, having common points with resistors 53 and 54 with resistances R and r = R / n, respectively, a coupling capacitor 47 is introduced, and between elements 50, 51 a magnetic coupling with close to unit coefficient
Figure 00000047
where L 1 is the inductance of element 50, L 2 = L 1 / n is the inductance of element 51, and M is their mutual inductance, while the parameters of the elements of the device satisfy the relations:
Figure 00000048
Figure 00000048
где L3 - индуктивность элемента 52, С1 и С2 - удвоенные величины емкостей элементов 48 и 49, а С3 - емкость элементов связи 46 и 47, общая величина которых приблизительно равна значению половинной суммарной емкости С, имеющей место между корпусом и точкой подключения элементов 50 и 53, причем эта суммарная емкость и аналогичная ей емкость nC в точке подключения элементов 51 и 54 находятся из выражений:
Figure 00000049
where L 3 is the inductance of the element 52, C 1 and C 2 are the doubled values of the capacities of the elements 48 and 49, and C 3 is the capacitance of the coupling elements 46 and 47, the total value of which is approximately equal to the value of the half total capacitance C between the case and the point connections of elements 50 and 53, and this total capacity and a similar capacity nC at the connection point of elements 51 and 54 are found from the expressions:
Figure 00000049
RU2019145485A 2019-12-27 2019-12-27 Absorbing filter-transformer RU2728728C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145485A RU2728728C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Absorbing filter-transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145485A RU2728728C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Absorbing filter-transformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2728728C1 true RU2728728C1 (en) 2020-07-30

Family

ID=72085785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145485A RU2728728C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Absorbing filter-transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2728728C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU9553U1 (en) * 1998-06-22 1999-03-16 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им.проф.М.А.Бонч-Бруевича Microwave generator
RU2157585C1 (en) * 1999-11-16 2000-10-10 Омский научно-исследовательский институт приборостроения Broad-band high-frequency push-pull power amplifier
DE10123369A1 (en) * 2001-05-14 2002-12-05 Infineon Technologies Ag Filter arrangement for, symmetrical and asymmetrical pipe systems
KR20180107272A (en) * 2016-03-14 2018-10-01 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Frequency variable LC filter, high frequency front end module and communication device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU9553U1 (en) * 1998-06-22 1999-03-16 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им.проф.М.А.Бонч-Бруевича Microwave generator
RU2157585C1 (en) * 1999-11-16 2000-10-10 Омский научно-исследовательский институт приборостроения Broad-band high-frequency push-pull power amplifier
DE10123369A1 (en) * 2001-05-14 2002-12-05 Infineon Technologies Ag Filter arrangement for, symmetrical and asymmetrical pipe systems
KR20180107272A (en) * 2016-03-14 2018-10-01 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Frequency variable LC filter, high frequency front end module and communication device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Belevitch Summary of the history of circuit theory
US3514722A (en) Networks using cascaded quadrature couplers,each coupler having a different center operating frequency
CN113037223A (en) Broadband differential radio frequency power amplifier with second harmonic suppression
WO2020053141A1 (en) Improvements in and relating to power divider / combiner circuits
US10516378B2 (en) Optimal response reflectionless filter topologies
CN109474247A (en) A filter-integrated dual-pass-band power amplifier
CN102355222A (en) Impedance matching system and impedance matching device
RU2728728C1 (en) Absorbing filter-transformer
CN114826173B (en) Radio frequency power device and electronic equipment
US9847567B2 (en) Directional coupler
Evdokimova et al. Synthesis of ladder-type acoustic filters in the band-pass domain
Macchiarella et al. Synthesis of microwave filters with “reactive” nodes
CN114824721B (en) Ultra-wideband miniaturized power divider
Padmavathi et al. Analysis and design of reflectionless filters for c band applications
CN217116038U (en) Multi-octave broadband power amplifier
JP2017204997A (en) Filter for electric field coupling type power supply system
CN118352762A (en) A broadband directional coupler based on lumped elements
US10374577B2 (en) Optimal response reflectionless filters
CN119496483B (en) Lumped in-phase power combining circuit and power amplifier
CN216565089U (en) Impedance matching circuit and antenna
CN221961807U (en) Filter and radio frequency module comprising same
RU2805010C1 (en) High-frequency signals divider
JP2015103957A (en) Impedance matching circuit and high frequency amplifier
US2048067A (en) Filter
CN120049862A (en) Power combining circuit and power amplifier