Филинюк Н.А. Активные СВЧ фильтры на транзисторах

Филинюк Н.А. Активные СВЧ фильтры на транзисторах

Предисловие

Непрерывный процесс усложнения радиоэлектронных устройств и их применение на сверхвысоких частотах (СВЧ) поставили перед разработчиками аппаратуры две задачи первостепенной важности: повышение надежности и уменьшение габаритных размеров при сохранении высоких электрических параметров. При решении этих задач наиболее значительные трудности возникла на этапе создания частотно-избирательных фильтров в интегральном исполнении. Частотная избирательность фильтров зависит от добротности их элементов. С повышением частоты добротность. реактивных элементов уменьшается, что ведет к ухудшению избирательности. Особенно сильно уменьшается добротность катушек индуктивности.

В низкочастотном диапазоне частот эти трудности успешно преодолены путем создания активных RС-фильтров. Область применения этих фильтров ограничена частотами на которых можно пренебречь частотной зависимостью коэффициента передачи тока транзистора (до сотен килогерц).

В диапазоне СВЧ высокоизбирательные миниатюрные фильтры строятся на основе микрополосковых линий, спиральных резонаторов, ферритов, сегнетоэлектрических резонаторов и сегнетоэлектрических элементов, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ). Каждая из этих групп фильтров обладает своими специфическими достоинствами. Например, фильтры на микрополосковых линиях и спиральных резонаторах являются наиболее стабильными; фильтры на ферритах и сегнетоэлектриках могут электрически перестраиваться в широком диапазоне частот; фильтры на основе ПАВ имеют амплитудно-частотную характеристику с высокой крутизной скатов. Однако все эти фильтры имеют два недостатка: зависимость добротности от геометрических размеров и наличие потерь энергии в полосе пропускания. Например, собственная добротность объемного резонатора Qo обратно пропорциональна корню квадратному из рабочей частоты. т.е. Q₀ ~ l/√f, и пропорциональна отношению его объема к площади поверхности. Это указывает на принципиальную трудность миниатюризации коаксиальных и полосковых фильтров. Аналогичные трудности возникают и при миниатюризации других видов пассивных фильтров.

Следовательно, для миниатюризации фильтров СВЧ диапазона целесообразно использование методов и средств построения фильтров, электрические параметры которых (прежде всего добротность) не зависели бы от геометрических размеров элементов. Таким требованиям отвечают активные фильтры, создаваемые на основе транзисторных обобщенных преобразователей иммитанса (ОПИ). Это направление относится к области функциональной электроники, использующей отрицательное сопротивление различных твердотельных структур.

...