Компактный многодиапазонный полосовой фильтр с независимо управляемыми полосами пропускания на основе CRLH-TZRP

Почему маленькие фильтры важны для беспроводной жизни

Каждый раз, когда ваш телефон или ноутбук подключается к Wi‑Fi или сети 5G, скрытые радиофильтры помогают отделить полезные сигналы от помех. По мере того как всё больше сервисов размещаются в одних и тех же участках спектра, инженерам нужны миниатюрные схемы, способные обрабатывать несколько частотных диапазонов одновременно без лишних затрат энергии и площади. В этой работе представлен компактный микрочиповый фильтр, который может обслуживать полосы Wi‑Fi, WiMAX и 5G одновременно, при этом позволяя проектировщикам практически независимо настраивать каждую полосу.

Более умный регулировщик дорожного движения для радиосигналов

Радиофильтры действуют как регулировщики движения: пропускают только определённые частоты и блокируют остальные. Традиционные конструкции часто требуют отдельных резонаторов для каждого диапазона, что увеличивает размеры схемы и затрудняет изменение одной полосы без влияния на другие. Авторы решают эту проблему, переосмыслив основной резонаторный элемент в основе фильтра, стремясь получить больше управления и больше диапазонов при том же малом форм-факторе.

Больше возможностей от каждого резонатора

Ключевым строительным блоком в этой работе является особый тип резонатора, объединяющий два поведения в одной структуре. Вместо обычной простой катушки и конденсатора новый элемент сочетает последовательные и шунтирующие части так, что он естественным образом создаёт две резкие точки подавления и одну полосу пропускания по частоте. При парном соединении двух таких элементов авторы получают то, что они называют парой резонаторов с нулевыми передачами (transmission zero resonator pair), которая обеспечивает уже четыре точки подавления и три полосы пропускания в контролируемом порядке. Тщательный анализ схемы показывает, как изменение значения каждой маленькой катушки или конденсатора сдвигает конкретные точки подавления, оставляя другие почти неизменными.

От идеи схемы к миниатюрной плате

Чтобы реализовать концепцию в аппаратуре, команда выполняет резонаторы в виде паттернов медных линий и зубчатых зазоров на плате с высоким диэлектрическим постоянным. Две зеркально помещённые пары этих структур расположены близко друг к другу, так что они взаимодействуют как электрическими, так и магнитными полями. Регулируя расстояние и форму, разработчики могут расположить восемь сильных точек подавления вокруг трёх требуемых полос пропускания близких к 2.4, 3.5 и 4.9 гигагерц. Компьютерные моделирования и карты электрического поля подтверждают, что в каждой целевой полосе энергии запасает лишь часть структуры, тогда как общая компоновка по‑прежнему эффективно пропускает сигнал.

Рабочие характеристики в лаборатории

Готовый фильтр, размером примерно в сантиметр в сторону, изготовлен на плате Rogers RO3210 и измерен стандартным СВЧ‑измерительным оборудованием. Три полосы хорошо совмещаются с проектными целями для Wi‑Fi, WiMAX и полосы 5G и демонстрируют низкие потери вставки для столь компактной конструкции. Резкие заграждения, создаваемые множественными точками подавления, обеспечивают сильное подавление между и за пределами полос пропускания, уменьшая нежелательные помехи. В исследовании также проверяли устойчивость к мощности, показывая, что уровни поля и токи в металлических линиях остаются безопасно ниже порогов, которые могли бы повредить плату при нормальной эксплуатации.

Что это значит для будущих беспроводных устройств

Проще говоря, авторы спроектировали крошечный трёхв‑в‑одном радиофильтр, где каждый канал можно настраивать с меньшими компромиссами, чем обычно. Впихнув дополнительное поведение подавления и пропускания в каждую пару резонаторов, они добились восьми полезных «точек охраны», формирующих отклик при сохранении компактности и низких потерь схемы. Такой подход может упростить создание компактных входных трактов для Wi‑Fi роутеров, оборудования WiMAX, 5G‑устройств и других многодиапазонных систем, которым нужно совместно работать в перегруженном спектре, не мешая друг другу.

Цитирование: Bastani, A., Jam, S. & Darvishi, M. Compact multi-band bandpass filter with independently controlled passbands using CRLH-TZRP. Sci Rep 16, 14849 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41529-9

Ключевые слова: многодиапазонный фильтр, микрополосковая линия, Wi‑Fi, 5G, резонатор CRLH