Б.А. Беляев1, С.А. Ходенков2, Н.А. Шепета3, Д.О. Малышев4

1–4 Институт информатики и телекоммуникаций, СибГУ им. М.Ф. Решетнева (г. Красноярск, Россия)
1 belyaev@iph.krasn.ru, 2 hsa1982sibsau@mail.ru, 3 nashka116@mail.ru, 4 ma.hilfe@mail.ru

Постановка проблемы. Разработка полосно-пропускающих фильтров СВЧ-диапазона – важная и актуальная задача радиотехники. Такие устройства традиционно являются востребованными элементами систем тропосферной и космической связи, специальной радиоаппаратуры. Решение ряда современных радиотехнических задач требует как увеличения протяженности их полос пропускания, что обусловлено необходимостью расширения каналов передачи информации, так и существенного улучшения их селективных свойств.

Цель. Разработать микрополосковые полосно-пропускающие фильтры с расширенными полосами пропускания и высокими частотно-селективными свойствами.

Результаты. Предложенные СВЧ-конструкции были исследованы при помощи численного электродинамического анализа их 3D моделей, при этом во всех расчетах использовались подложки с диэлектрической проницаемостью ε = 9,8 толщиной 1 мм. Четыре разработанных микрополосковых фильтра сконструированы на многомодовых резонаторах и настроены с выбранной центральной частотой их полос пропускания f0 = 2 ГГц при фиксированной величине зазоров между полосковыми проводниками резонаторов S = 0,1 мм. Рассчитана относительная ширина их полос пропускания, находящаяся в диапазоне 90…95%.
В первой конструкции микрополоскового фильтра использовались электромагнитно связанные четвертьволновые трехмодовые резонаторы с прорезью в полосковом проводнике с одного конца и заземленные на экран на противоположном конце. Отмечено, что в остальных конструкциях, кроме аналогичных четвертьволновых резонаторов, также были задействованы полуволновые двухмодовые резонаторы.

Практическая значимость. Результаты исследований показали, что устройства с центральным двухмодовым резонатором, по обе стороны от которого расположены трехмодовые резонаторы, отличаются наиболее высокими частотно-селективными свойствами, а кроме того, формой АЧХ, близкой к симметричной. Перспективность разработанных сверхширокополосных фильтров обусловлена возможностью их применения в современной радиоаппаратуре тропосферной и космической связи, а также в специальной радиоаппаратуре.

Беляев Б.А., Ходенков С.А., Шепета Н.А., Малышев Д.О. Сверхширокополосные фильтры на многомодовых резонаторах // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. T. 79. № 1. С. 64–72. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202501-07

1. Shen G., Che W., Feng W., Wang C. Realization of multiple transmission zeroes for bandpass filters with simple inline topology. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2020. V. 67. № 6. P. 1029–1033.
2. Kumar L., Parihar M. S. Quasi-lumped analysis of wideband bandpass filter with high out-of-band rejection rate. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2019. V. 9. № 8. P. 1549–1558.
3. Sanchez-Soriano M. A., Quendo C. Systematic design of wideband bandpass filters based on short-circuited stubs and λ /2 transmission lines. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2021. V. 31. № 7. P. 552–849.
4. Sangam R.S., Dash S., Kshetrimayum R. S. Ultra-broadband bandpass filter using linearly tapered coupled-microstrip line and open loop defected ground structure. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2021. V. 68. № 1. P. 181–185.
5. Zhou J., Rao Y., Yang D., Qian H. J., Luo X. Compact wideband BPF with wide stopband using substrate integrated defected ground structure. IEEE Microwave and wireless components letters. 2021. V. 31. № 4. P. 353–356.
6. Liu B.-G., Zhou Y.-J., Cheng C.-H. Miniaturized ultra-wideband bandpass filter with ultra-wide stopband using π-type unit with inductive loading on integrated passive device. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2021. V. 68. № 11. P. 3406–3410.
7. Long Z., Tian M., Zhang T., Qiao M., Wu T., Lan Y. High-temperature superconducting multimode dual-ring UWB bandpass filter. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2020. V. 30. № 2. P. 1–4.
8. Weng W.C. Design and optimization of compact microstrip wideband bandpass filter using taguchi’s method. IEEE Access. 2022. V. 10. P. 107242–107249.
9. Jia H., Mansour R.R. Millimeter-wave ultra wideband multilayer superconducting filter. IEEE Transactions on applied superconductivity. 2019. V. 29. № 5. P. 1–5.
10. Dai J., Wu Y., Yuan Y., Wang X., Zhang C., Wang J., Li G., Li C., Sun L., Luo S., He Y. HTS Wideband Bandpass Filter Based on Ladder Topology Circuit and Microstrip Transformation. IEEE Transactions on applied superconductivity. 2021. V. 31. № 4. P. 1–7.
11. Семерня Р.Е., Чернышев C.Л., Виленский А.Р., Можаров Э.О. Разработка топологии компактных квазиэллиптических полосовых микрополосковых фильтров // Изв. вузов России. Сер.: Радиоэлектроника. 2018. №6. С. 41–53.
12. Аристархов Г.М., Кириллов И.Н., Корчагин А.И., Кувшинов В.В. Компактные высокоизбирательные микрополосковые фильтры на свернутых сонаправленных шпилечных резонаторах // Радиотехника. 2021. № 4. С. 126–137 DOI: https://doi.org/ 10.18127/j00338486-202104-14.
13. Belyaev B.A., Khodenkov S.A., Leksikov An.A., Shabanov V.F. A three-mode microstrip resonator and a miniature ultra-wideband filter based on it. Doklady Physics. 2017. V. 62. № 6. P. 289–293.
14. Беляев Б.А., Ходенков С.А., Сержантов А.М., Говорун И.В. Исследование полосно-пропускающих фильтров на многомодовых микрополосковых резонаторах с проводником в форме шпильки // Изв. вузов. Сер.: Физика. 2023. T. 66. № 12. С. 29–39.