Методика расчета фильтра нижних частот на основе гантелеобразного дефекта слоя заземления печатной платы


Авторы

Баранников И. А.*, Ищенко Е. А.**, Проскурин Д. К.***, Пастернак Ю. Г.****, Федоров С. М.*****

Воронежский государственный технический университет, ВГТУ, Московский проспект, 14, Воронеж, 394026, Россия

*e-mail: ia.barannikov@yandex.ru
**e-mail: kursk1998@yandex.ru
***e-mail: rector@cchgeu.ru
****e-mail: pasternakyg@mail.ru
*****e-mail: zar36@yandex.ru

Аннотация

В статье рассматривается методика расчета микрополоскового фильтра нижних частот, основанного на использовании преднамеренного гантелеобразного дефекта. Она основывается на расчетных формулах, полученных посредством регрессионного анализа и описывающих соотношения между геометрией дефекта, параметрами подложки и частотами полюса затухания и среза. Предлагаемая методика позволяет значительно сократить время проектирования подобных фильтров за счет упрощенных расчетов и сокращения времени выбора оптимальных размеров геометрии структуры. Частотные пределы применимости методики лежат от 1.33 ГГц до 12.1 ГГц для полюса затухания и от 0.64 ГГц до 6.87 ГГц для среза. Точность методики подтверждается статистическими характеристиками полученных формул: для полюса затухания коэффициент детерминации составил 0.975, а среднее квадратическое отклонение – 0.0686; для частоты среза те же характеристики равны 0.961 и 0.0376 соответственно. В работе приводится пример расчета конструкции фильтра на частоту 6 ГГц.

Ключевые слова:

фильтр нижних частот; структуры преднамеренных дефектов заземления печатных плат; гантелеобразный дефект; регрессионный анализ.

Список источников

  1. Койгеров, А. С. Пассивные полосовые фильтры для современных систем связи СВЧ-диапазона / А. С. Койгеров, П. А. Туральчук, М. М. Деркач, С. С. Андрейчев // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2024. – Т. 27, № 1. – С. 71-88. – DOI 10.18469/1810-3189.2024.27.1.71-88. – EDN UXFJLT.
  2. Буренко, Е. А. Проектирование активных частотно- избирательных фильтров / Е. А. Буренко, С. В. Нестеров // Труды МАИ. – 2018. – № 101. – С. 26. – EDN YLMTML.
  3. Бабунько, С. А. О построении электрических схем полосовых фильтров на SMD-элементах / С. А. Бабунько, Ю. Г. Белов, Л. В. Когтева // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2011. – Т. 14, № 4. – С. 28-35. – EDN ONZGZV.
  4. Петров, И. А. Фильтры СВЧ с использованием широкополосных согласующих структур / И. А. Петров // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2011. – Т. 14, № 1. – С. 51-56. – EDN NTNOUF.
  5. C. S. Kim, J. S. Park, D. Ahn, J. B. Lim. A novel 1-D periodic defected ground structure for planar circuits // IEEE Microw. Guid. Wave Lett. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2000. Vol. 10, № 4. P. 131–133. DOI: 10.1109/75.846922
  6. D. Ahn, J.-S. Park, C.-S. Kim, J. Kim, Y. Qian, T. Itoh. A design of the low-pass filter using the novel microstrip defected ground structure // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2001. Vol. 49, № 1. P. 86–93. DOI: 10.1109/22.899965.
  7. A. B. Abdel-Rahman, A. K. Verma, A. Boutejdar, A. S. Omar. Control of Bandstop Response of Hi–Lo Microstrip Low-Pass Filter Using Slot in Ground Plane // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2004. Vol. 52, № 3. P. 1008–1013. DOI: 10.1109/TMTT.2004.823587.
  8. C. S. Kim, J. S. Lim, S. Nam , K. Y. Kang, D. Ahn. Equivalent circuit modelling of spiral defected ground structure for microstrip line // Electron. Lett. Institution of Engineering and Technology (IET), 2002. Vol. 38, № 19. P. 1109–1110. DOI: 10.1049/el:20020742.
  9. D. J. Woo, T. K. Lee, J. W. Lee, C. S. Pyo, W. K. Choi. Novel U-slot and V-slot DGSs for bandstop filter with improved Q factor // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2006. Vol. 54, № 6. P. 2840–2847. DOI: 10.1109/TMTT.2006.875450.
  10. M. K. Mandal, S. Sanyal. A novel defected ground structure for planar circuits // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2006. Vol. 16, № 2. P. 93–95. DOI: 10.1109/LMWC.2005.863192.
  11. X. Wang, B. Wang, H. Zhang, K. J. Chen. A Tunable Bandstop Resonator Based on a Compact Slotted Ground Structure // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2007. Vol. 55, № 9. P. 1912–1918. DOI: 10.1109/TMTT.2007.904045.
  12. S. Y. Huang, Y. H. Lee, A Compact E-Shaped Patterned Ground Structure and Its Applications to Tunable Bandstop Resonator // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2009. Vol. 57, № 3. P. 657–666. DOI: 10.1109/TMTT.2009.2013313.
  13. H. J. Chen, T. H. Huang, C. S. Chang, L. S. Chen, N. F. Wang, Y. H. Wang, M. P. Houng, A novel cross-shape DGS applied to design ultra-wide stopband low-pass filters // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2006. Vol. 16, № 5. P. 252–254. DOI: 10.1109/LMWC.2006.873594.
  14. A. K. Arya, A. Patnaik, and M. V. Kartikeyan. Microstrip Patch Antenna with Skew-F Shaped DGS for Dual Band Operation // PIER M. The Electromagnetics Academy, 2011. Vol. 19. P. 147–160. DOI: 10.2528/PIERM11052305
  15. S. N. Burokur, M. Latrach, S. Toutain. A novel type of microstrip coupler utilizing a slot split-ring resonators defected ground plane // Microw. Opt. Technol. Lett. Wiley, 2005. Vol. 48, № 1. P. 138–141. DOI: 10.1002/mop.21287
  16. Z. Z. Hou. Novel wideband filter with a transmission zero based on split‐ring resonator DGS // Micro & Optical Tech Letters. Wiley, 2008. Vol. 50, № 6. P. 1691–1693. DOI: 10.1002/mop.23452
  17. H. W. Liu, Z. F. Li, X. W. Sun. A novel fractal defected ground structure and its application to the low‐pass filter // Micro & Optical Tech Letters. Wiley, 2003. Vol. 39, № 6. P. 453–456. DOI: 10.1002/mop.11246
  18. J.S. Park, J.H. Kim, J.H. Lee, S.H. Kim, S.H. Myung. A novel equivalent circuit and modeling method for defected ground structure and its application to optimization of a DGS lowpass filter // 2002 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (Cat. No.02CH37278). IEEE. P. 417–420. DOI: 10.1109/MWSYM.2002.1011644
  19. N. C. Karmakar, S. M. Roy, I. Balbin. Quasi-static modeling of defected ground structure // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2006. Vol. 54, № 5. P. 2160–2168. DOI: 10.1109/TMTT.2006.873633
  20. Levenberg K. A method for the solution of certain non-linear problems in least squares // Quart. Appl. Math. American Mathematical Society (AMS), 1944. Vol. 2, № 2. P. 164–168. DOI: 10.1090/qam/10666
  21. Marquardt D. W. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters // Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics. Society for Industrial & Applied Mathematics (SIAM), 1963. Vol. 11, № 2. P. 431–441.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход