самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных акустических волнах

Классы МПК:H03H9/64 с использованием поверхностных акустических волн
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Омский научно-исследовательский институт приборостроения
Приоритеты:
подача заявки:
1994-09-13
публикация патента:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигналов. Задача изобретения - уменьшение вносимых потерь. Самосогласованный (не нуждающийся в элементах согласования) кольцевой фильтр содержит пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной встречно-штырьевые преобразователи (ВШП) с одинарными электродами, размещенными на рабочей поверхности в параллельных акустических каналах и со смещением их центров на величину l = nсамосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/6, (самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o - длина ПАВ на центральной частоте фильтра, n = 1,3,5...), два отражающих многополосковых ответвителя (ОМПО), выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов, при этом периоды электродов ВШП и ОМПО, число пар электродов обоих ВШП выбраны из определенных соотношений, обеспечивающих в самосогласованном режиме меньшие потери на проводимость за счет уменьшенной протяженности электродов обоих ВШП и ОМПО. 11 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12

Формула изобретения

Самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП), размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два отражающих многополосковых ответвителя (ОМПО), выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов, отличающийся тем, что в качестве входного и выходного ВШП использованы ВШП с одинарными электродами, а сами ВШП размещены со смещением их центров один относительно другого в направлении распространения ПАВ на величину, выбранную из соотношения

l = nсамосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/6,

n 1, 3, 5.

где l величина смещения центров ВШП в направлении распространения ПАВ, м;

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o - длина волны ПАВ на центральной частоте фильтра, м,

при этом периоды электродов ВШП и ОМПО выбраны из соотношения

P2 = (1-самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954k2)P1,

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 0,102 - 0,124,

где P1 и P2 периоды ВШП и ОМПО, соответственно, м;

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 - безразмерный коэффициент;

k коэффициент электромеханической связи пьезоэлектрического материала звукопровода для ПАВ,

а число пар электродов как в входном, так и в выходном ВШП выбрано из соотношения

N1 = самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541,5k2

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 0,909 - 0,946,

где N1 число пар электродов как входного, так и выходного ВШП;

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 - безразмерный коэффициент.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигналов.

Известен кольцевой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический эвукопровод, входной и выходной встречно -штырьевые преобразователи (ВШП) ПАВ, размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два отражающих многополосковых ответвителя (ОМПО), выполненных в виде широкого канала с периодом электродов a, узкого с периодом электродов b (a > b) и размещенного между ними соединительного канала с периодом электродов на одном крае a, а на другом b. Оба ОМПО размещены на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов [1]

Недостатком подобного кольцевого фильтра на ПАВ является то, что для обеспечения малых вносимых потерь требуются согласующие элементы для входного и выходного ВШП. Кроме того, электроды соединительного канала ОМПО имеют большую длину и малую ширину на одном крае, что приводит к большим потерям на проводимость.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самосогласованный ( не нуждающийся в элементах согласования) кольцевой фильтр на ПАВ [2] выбранный в качестве устройства прототипа, содержащий пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной ВШП с расщепленными электродами, размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два ОМПО, выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов. Число расщепленных электродов во входном/выходном ВШП выбирается таким образом, чтобы для данного среза пьезоэлектрика на определенной частоте обеспечить режим самосогласования компенсацию статической емкости ВШП его реактивной проводимостью. В результате чего входной импеданс фильтра на данной частоте близок к активному и определяется уже только апертурой ВШП. Кроме того, ОМПО имеют малую длину и одинаковую ширину электродов соединительного канала. Данное техническое решение позволяет по сравнению с аналогом [1] устранить согласующие элементы за счет обеспечения режима самосогласования для входного/выходного ВШП с расщепленными электродами, уменьшить потери на проводимость соединительного канала ОМПО за счет применения новой конструкции ОМПО.

Однако достигнутый уровень вносимых потерь ограничен конструкцией фильтра на ПАВ.

Поскольку кольцевой фильтр на ПАВ в прототипе выполнен самосогласованным, то при всех прочих равных условиях вносимые потери в фильтре будут ограничены потерями на проводимость в электродах ВШП и ОМПО, которые при одной и той же толщине металлизации зависят от их протяженности [3] Согласно данным по прототипу [2] для обеспечения минимальных потерь кольцевого фильтра в измерительном тракте, например 50 Ом, необходимо, чтобы выполнялся режим самосогласования, а именно: входной/выходной ВШП фильтра имел активный импеданс равный 50 Ом, а статическая емкость ВШП компенсировалась реактивной проводимостью излучения ПАВ (динамической индуктивностью). В прототипе на 164 МГц использовались ВШП с расщепленными электродами на срезе УХ/128o LiNbO3. На фиг. 1 (данные из прототипа [2] рис. 11) показана измеренная активная G и реактивная B части входной проводимости Yвх ВШП с числом пар электродов N 20 и с апертурой W = 73самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o(самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o -длина ПАВ на центральной частоте фильтра). На частоте 164 МГц входная проводимость ВШП (а значит и фильтра) только активная G 20 мСм, что соответствует сопротивлению R 1/G 50 Ом, а реактивная проводимость B 0. Самосогласование происходит на частоте fс 164 МГц большей, чем частота синхронизма f0 V/P 160 МГц (V скорость ПАВ, P период электродов ВШП). На эту частоту 164 МГц и выполняются ОМПО. Как видно из фиг. 1 для обеспечения низкого входного R (например равного 50 Ом) на частоте выше частоты синхронизма в ВШП с расщепленными электродами требуются протяженные апертуры несколько десятков самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o Поскольку G самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 W [4] сопротивление R 1/G самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 1/W то уменьшить апертуру W при заданном R, а значит снизить потери на проводимость в фильтре возможно, если перейти на частоту ближе к частоте синхронизма (фиг. 1), настроив на эту частоту ОМПО, однако в этом случае на входе/выходе фильтра появится нескомпенсированная емкость, а значит увеличатся потери за счет рассогласования. Таким образом в конструкции прототипа апертура ВШП при заданном сопротивление нагрузок не может быть уменьшена и, следовательно, вносимые потери не могут быть снижены.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение - уменьшение вносимых потерь.

Достижение этого результата обеспечивается тем, что в самосогласованном кольцевом фильтре на ПАВ, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной ВШП ПАВ, размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два ОМПО; выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов согласно изобретению в качестве входного и выходного ВШП использованы ВШП с одинарными (нерасщепленными электродами), а сами ВШП размещены со смещением их центров один относительно другого в направлении распространения ПАВ на величину, выбранную из соотношения

l = nсамосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954(самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/6); n = 1,3,5 ...,

где l величина смещения центров ВШП в направлении распространения ПАВ, м;

при этом периоды электродов ВШП и ОМПО выбраны из соотношения:

P2 = (1-самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954K2)самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954P1, самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 0,102 - 0,124,

где P1, P2 периоды ВШП и ОМПО соответственно, м;

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 безразмерный коэффициент;

K коэффициент электромеханической связи материала звукопровода для ПАВ,

а число пар электродов обоих ВШП выбрано из соотношения

N1 = самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954No, самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 0,909 - 0,946,

N1 число пар электродов входного и выходного ВШП;

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 безразмерный коэффициент;

N0= 1,5/K2-оптимальное число пар электродов одиночного ВШП с одинарными электродами.

Известно применение ВШП с одинарными электродами в устройствах на ПАВ [4] и, в частности, в кольцевых ПАВ-фильтрах [1] Известно применение пространственного сдвига на lo/6 двух ВШП в параллельных акустических каналах для подавления сигнала тройного прохождения [5] Известно применение в кольцевых ПАВ -фильтрах ВШП и ОМПО с различными периодами электродов [2] Известно, что для обеспечения режима самосогласования и одиночных ВШП с одинарными электродами используется определенное число пар электродов N0, обратно пропорциональное к материалам звукопровода [6]

Однако в заявляемом устройстве предлагается в совокупности с известными ОМПО в качестве входного и выходного ВШП использовать ВШП с одинарными электродами в режиме самосогласования. В этом случае, как показали эксперименты на различных срезах LiNbO3, частоту самосогласования fс удается сместить в область больших значений G (fс практически совпадает с f0), а поскольку G самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 W, следовательно, заданному значению входной проводимости, например G 1/50 Ом, потребуется меньшее значение W. При использовании в самосогласованном кольцевом фильтре ВШП с одинарными электродами при заданном сопротивлении нагрузок, например 50 Ом, потребуются менее протяженные электроды, чем в случае с ВШП с расщепленными электродами, т.е. потери на проводимость в заявляемом фильтре будут меньше, чем в известном устройстве.

Пространственный сдвиг входного/выходного ВШП в параллельных акустических каналах на nсамосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/6 в заявляемом устройстве введен для подавления трехпролетного сигнала, искажающего существенно форму амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра в полосе пропускания, эффект самосогласования, а значит и приводящего к дополнительным потерям. Трехпролетный сигнал обусловлен использованием в кольцевом фильтре ВШП с одинарными электродами [7] В ВШП же с расщепленными электродами, как в прототипе, он значительно подавлен [7] Кроме того, условие самосогласования для ВШП с одинарными электродами в кольцевом фильтре как показали эксперименты несколько отличается от соответствующего условия для одиночного ВШП за счет влияния ОМПО, корпуса, соединительных проводников, подавления трехпролетного сигнала. Это привело к использованию определенного числа пар электродов N1 отличного от N0 во входном/выходном ВШП, для данного среза пьезоэлектрика, обеспечивающего оптимальное согласование с нагрузками и минимум потерь в фильтре. И, наконец, соотношение между периодами ВШП и ОМПО выбрано из условия совмещения центральной частоты ОМПО и fc1 ВШП, для обеспечения минимума потерь в фильтре.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию "новизна", поскольку не известно сходное техническое решение, совпадающее по сочетанию признаков с заявляемой совокупностью существенных признаков.

На фиг. 1 показана частотная зависимость входной проводимости Yвх ВШП с расщепленными и одинарными (нерасщепленными) электродами в режиме самосогласования при апертуре W = 73самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o На фиг. 2 приведена конструкция предлагаемого самосогласованного кольцевого ПАВ-фильтр с ОМПО с тремя полосковыми электродами на периоде их структуры. На фиг. 3 приведен ОМПО с четырьмя полосковыми электродами на периоде его структуры, который может быть использован в предлагаемом кольцевом фильтре. На фиг. 4 показана частотная зависимость входной проводимости Yвх, ВШП для случая одинарных электродов при W = 49,6самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o На фиг. 5 показана АЧХ кольцевого ПАВ фильтра без подавления трехпролетного сигнала и с его подавлением, на фиг. 6 упрощенная схема предлагаемого кольцевого ПАВ-фильтра. На фиг. 7 и 8 даны экспериментальные частотные зависимости входного сопротивления кольцевого фильтра с различным числом электродов во входном/выходном ВШП, а на фиг. 9 показаны сравнительные АЧХ фильтров для этих условий. На фиг. 10, 11 представлены экспериментальные АЧХ предлагаемого фильтра.

Кольцевой фильтр ( фиг. 2 и 3) содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, входной 2 и выходной ВШП 3 с одинарными электродами с периодом P1, размещенными на рабочей поверхности в параллельных акустических каналах 4 и 5 и со смещением их центров на величину l = nсамосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/6 два ОМПО 6 и 7, выполненных с тремя (фиг. 2) или четырьмя ( фиг. 3 ) полосковыми электродами на периоде P2 их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного 2 и выходного ВШП 3 с перекрытием апертур обоих акустических каналов 4 и 5.

Принцип работы предлагаемого кольцевого фильтра на ПАВ подобен принципу, используемому в известном устройстве (прототипе), и основан на эффекте локализации акустической энергии, излученной входным ВШП 2 в оба направления в акустическом канале 4, выходным ВШП 3 в акустическом канале 5. Это достигается с помощью двух ОМПО 6 и 7, обеспечивающие передачу ПАВ между каналами 4 и 5. Малые вносимые потери определяются видом ОМПО, выбранной конструкцией ВШП 2 и 3 и их согласованием с внешними нагрузками. В конструкции кольцевого фильтра используются ОМПО как с тремя, так и с четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры P2 [2] Согласование с внешними нагрузками осуществляется так же как в прототипе 2 без использования внешних LC - элементов (за счет самосогласования), когда обеспечиваются заданные активные входные/выходные импедансы фильтра за счет компенсации статической емкости ВШП его реактивной проводимостью излучения и выбором апертуры W ВШП 2 и ВШП 3.

Эффект уменьшения вносимых потерь в предложенном самосогласованном кольцевом ПАВ-фильтре основан на том, что при одних и тех же сопротивлениях нагрузок (например 50 Ом) удается снизить потери на проводимость в ВШП и ОМПО по сравнению с известным устройством [2] за счет уменьшения протяженности их апертур.

Обратимся к экспериментальному графику частотной зависимости Yвх ВШП с расщепленными электродами (как в прототипе) и с одинарными электродами как в предложенном устройстве (фиг. 1). В обоих случаях ВШП находятся в режиме самосогласования. Здесь G и B активная и реактивная составляющие Yвх для расщепленных электродов, G и B активная и реактивная составляющие Yвх1 для одинарных электродов. Оба ВШП имеют одну и ту же частоту синхронизма f0 160 МГц. Материал звукопровода YX/128o (K2 0,055) количество пар электродов в первой случае N=20, во втором N1 27. Апертуры обоих преобразователей одинаковы и составляют W = 73самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o Как видно из графиков в случае расщепленных электродов режим самосогласования (B 0) наблюдается на частоте fc=164 МГц, что в 1,025 раза больше частоты синхронизма. На частоте fc G=20 мСм, что соответствует R 1/G 50 Ом. В случае одинарных электродов режим самосогласования (B1 0) наблюдается на частоте fc1 161 МГц, очень близкой к f0. В этом случае величина G1 28 мСм, что соответствует R1 1/G1 36 Ом. Таким образом при использовании одинарных электродов в ВШП в режиме самосогласования удается при одинаковых значениях W получить большее значение G, или меньшее значение R. Теперь, чтобы обеспечить ту же величину входного сопротивления (например 50 Ом), очевидно нужно уменьшить G за счет уменьшения W, поскольку G самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 W [4] На фиг. 4 приведена зависимость G и B для ВШП с одинарными электродами при W = 49,6самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o Как видно из фиг. 4 на частоте fc1 161 МГц G1 20 мСм 1/50 Ом, B1 0. Таким образом при использовании ВШП с одинарными электродами для обеспечения одного и того же значения входной активной проводимости (или сопротивления) потребовалось W приблизительно в 1,5 раза меньше, чем при использовании ВШП с расщепленными электродами. Уменьшение же апертуры ВШП, а значит и ОМПО приведет к уменьшению потерь на проводимость [3] или вносимых потерь в самосогласованном кольцевом фильтре. Аналогичные закономерности можно привести и для других срезов LiNbO3, например, широко используемых YX/41o, YX/49o, YX/64o.

Поскольку в предложенном кольцевом фильтре с малыми потерями использованы ВШП с одинарными электродами, то в этом случае возникает трехпролетный сигнал [7] который существенно искажает форму АЧХ фильтра в полосе пропускания, "смазывает" условие самосогласования и может свести на нет эффект уменьшения вносимых потерь. На фиг. 5 показана АЧХ кольцевого ПАВ-фильтра на YX/49o LiNbO3 с одинарными электродами во входном/выходном ВШП без подавления трехпролетного сигнала (график 1) и с его подавлением (график 2). Как видно из фиг. 5 (график 2) при подавлении трехпролетного сигнала в фильтре меньшие потери и лучшая форма АЧХ. Для подавления трехпролетного сигнала ВШП 2 и ВШП 3 размещены со смещением их центров один относительно другого в направлении распространения ПАВ на величину 1 выбранную из соотношения

l = nсамосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954(самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/6); n = 1,3,5 ...

В этом случае трехпролетные сигналы, пришедшие слева и справа в выходном ВШП 3 (фиг. 2) складываются в противофазе, а полезные сигналы в фазе. Рассмотрим упрощенную схему предложенного кольцевого фильтра (фиг. 6). Здесь l смещение между центрами ВШП 2 и ВШП 3; S, S+l расстояния от центра ВШП до центра соответствующего ОМПО. Как видно из фиг. 6 фаза трехпролетного сигнала, пришедшего слева к ВШП 3,

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

где самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 2самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954fo, самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541ТПС = 3S/V время задержки трехпролетного сигнала, пришедшего справа к ВШП 3, а фаза трехпролетного сигнала, пришедшего справа к ВШП 3,

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

где самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939542ТПС = 3самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954(S+l)/V время задержки трехпролетного сигнала, пришедшего справа к ВШП.

Сдвиг фаз между этими трехпролетными сигналами в ВШП 3 составит

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Таким образом трехпролетные сигналы в ВШП 3 полностью компенсируются. Для полезных сигналов, пришедших слева к ВШП 3, фаза составит

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

а для полезного сигнала, пришедшего справа к ВШП 3 фаза равна

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Сдвиг фаз между этими полезными сигналами в ВШП 3 составит

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

т.е. полезные сигналы в ВШП 3 складываются без ослабления.

Следует заметить, что при использовании ВШП с расщепленными электродами как в прототипе, смещение между ВШП 2 и ВШП 3 вводить не нужно, поскольку в этом случае трехпролетный сигнал существенно подавлен [7]

Для обеспечения минимальных вносимых потерь, в предложенном кольцевом фильтре очевидно нужно, чтобы рабочая частота ОМПО 6 и 7 (fОМПО) совпадала с частотой самосогласования fc1 ВШП 2 и ВШП 3 (B1 0, фиг. 4). Эта частота для ВШП с одинарными электродами находится значительно ближе к его частоте синхронизма f0 в отличие от случая с расщепленными электродами (фиг. 1). Эту зависимость можно идентифицировать для среза YX/128o LiNbO3 на частоте синхронизма f0 160 МГц, где сдвиг между f0 и fc1 по многочисленным экспериментальным данным составляет 0,9 1,1 МГц (фиг. 4). Тогда для обеспечения минимума потерь в самосогласованном кольцевом фильтре на срезе YX/128o, (K21 0,055) необходимо, чтобы fОМПО самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 160,9 161,1 МГц, а относительный частотный сдвиг

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

составлял самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 0,0056 0,0068.

Для другого среза с коэффициентом электромеханической связи K22 относительный частотный сдвиг будет иметь значение самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939542 которое очевидно будет прямо пропорционально K22 т.е.

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Поскольку f0 V/P1, fОМПО V/P2,

где

P1, P2 период электродов ВШП и ОМПО соответственно, тогда самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939542 имеет вид

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Из (2) найдем P1 / P2 1 самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939542 Учитывая (1)

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Подставляя значения самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 0,0056 0,0068, K21 0,055, обозначая самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541/K21 и заменяя K22 на K2 окончательно имеем

P2 = (1-самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954K2)P1, самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 0,102 - 0,124.

Как известно, получение чисто активного входного импеданса ВШП с одинарными электродами обеспечивается при выборе оптимального числа пар электродов N0 в ВШП из соотношения N0 1,5/K2 [6] Это условие самосогласования было получено теоретически и подтверждено экспериментально для одиночного ВШП с шириной электродов самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954o/4 когда статическая емкость ВШП компенсируются реактивной проводимостью излучения ПАВ. В реальном устройстве кольцевом фильтре на ПАВ эффект самосогласования "смазывается" отраженными сигналами, влиянием ОМПО, корпуса, соединительных проводников и другими паразитными эффектами. На фиг. 7 показана измеренная частотная характеристика входного импеданса 164 МГц фильтра на срезе YX/128o с оптимальным числом пар электродов во входном/выходном ВШП для данного среза N0 1,5/K2 27,5. Как видно из фиг. 7, на частоте 164 МГц входной импеданс имеет индуктивную составляющую, что является нежелательным, поскольку это приводит к дополнительным потерям в фильтре. Устранить этот эффект можно, подключив дополнительную емкость ко входному/выходному ВШП или изменив число электродов в них ( в данном случае уменьшив его по сравнению с условием N0 1,5/K2 ), чтобы уменьшить индуктивную составляющую реактивной проводимости излучения ПАВ. На фиг. 8 показана измеренная частотная характеристика входного импеданса фильтра с уменьшенным по сравнению с N0 числом пар электродов во входном/выходном ВШП до значения самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 25 26. Как видно из фиг. 8 на частоте 164 МГц входной импеданс близок к активному и составляет 60 Ом. В этом случае устраняются потери на рассогласование. На фиг. 9 показаны сравнительные АЧХ фильтров на срезе YX/128o с числом пар электродов во входном/выходном ВШП N0 27,5 ( график 1) и самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 25-26 (график 2). Как видно из фиг. 9 (график 2) при уменьшенном числе пар электродов самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 по сравнению с N0 во входном/выходном ВШП в фильтре достигаются меньшие потери. Аналогичные эффекты наблюдались и в фильтрах на срезах YX/64o и YX/49o. Следует заметить, что чем больше значение K2 используемого среза LiNbO3, тем меньше число пар электродов во входном/выходном ВШП кольцевого фильтра, необходимое для самосогласования, отличается от N0. Эту найденную закономерность можно обобщить, использовав данные многочисленных экспериментов для фильтров на срезе YX/128o LiNbO3, где условие самосогласования заметно отличается от N0 1,5 /K2 27,5. Обозначим

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Поскольку для YX/128o LiNbO3 самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 25 -26 (фиг. 8), тогда самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 может принимать значения самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 0,0545 0,091. Из данных экспериментов (N0 самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954) самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 1/K2, а N самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 1/K2, то самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 не зависит от K2 и приблизительно одинакова для всех срезов LiNbO3. Для другого среза получим другое число пар электродов N1 во входном/выходном ВШП, необходимое для самосогласования и самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 имеющее то же значение, что и самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541:

самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954

Из (3) найдем N1

N1 = (1-самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541)самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954No.

Учитывая, что самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 0,0545 0,091, и обозначив 1 - самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 20939541 = самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 окончательно получим число пар электродов N1 во входном/выходном ВШП, необходимое для самосогласования в кольцевом фильтре,

N1 = самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954No, самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 = 0,909 - 0,946.

Следует подчеркнуть, что предложенные отличительные признаки заявляемого технического решения, касающиеся выбора численных значений l, P1, P2, N1 хотя и представлены в формульном виде, но получены путем обобщения многочисленных экспериментов и не могут быть выведены теоретически. Для достижения технического результата уменьшение вносимых потерь - необходимо использование только всей совокупности отличительных признаков, т.к. отсутствие любого из них ведет к недостижению отмеченного результата. Так, например, признак, касающийся взаимного смещения входного/выходного ВШП, хота и известен как средство подавления трехпролетного сигнала, но в заявляемом устройстве он используется для обеспечения условий самосогласования ВШП с одинарными электродами в кольцевом фильтре с ОМПО, т.е. в конечном счете по тому назначению, по которому он ранее не использовался. То же самое можно сказать и о других отличительных признаках.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были изготовлены опытные образцы фильтров на ПАВ на звукопроводах из LiNbO3 срезов YX/49o и YX/128o ОМПО выполнялись с 3-мя электродами на периоде их структуры. Поверхностное сопротивление алюминиевых электродов составляло 0,05 Ом/ самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных   акустических волнах, патент № 2093954 АЧХ фильтров, измеренные в согласованных трактах показаны на фиг. 10,11. Измеренные вносимые потери составили 1 дБ. Сравнение характеристик изготовленных образцов с известными устройствами приведено в таблице. Известное устройство на срезе YX/49o [8] сделано точно по такому же принципу как и прототип на срезе YX/128o [2]

Из таблицы следует, что предлагаемый кольцевой самосогласованный фильтр обеспечивает меньшие на 1,3-2,5 дБ вносимые потери и меньшую неравномерность АЧХ в более широкой полосе пропускания при одних и тех же сопротивлениях нагрузок и отсутствии согласующих элементов.

Применение подобных кольцевых фильтров на ПАВ во входных цепях радиоаппаратуры позволит улучшить ее чувствительность и динамический диапазон за счет уменьшения вносимых потерь.

Источники информации

1. Заявка Франции N 2290785, H 03 h 9/00, 1976. аналог.

2. Pollock W. et al. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1983, p. 87-92 - прототип.

3. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов. Под ред. Б.Ф. Высоцкого и В.В. Дмитриева М. Радио и связь, 1985, с. 82 84.

4. Smith W.R. et al. IEEE Trans. 1969, v. MTT-17, N 11, p. 865-873

5. Речицкий В.И. Радиокомпоненты на поверхностных акустических волнах.- М. Радио и связь, 1984, с. 34.

6. Hikita M. et al. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1984, p. 82-92.

7. Bristol T.W. et al. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1972, p. 343-345.

8. D.Zhang, Y.A. Shui. Electron. Lett. 1985, v. 21, N 13, p. 559-560.

Класс H03H9/64 с использованием поверхностных акустических волн

термостабильный узкополосный фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2523958 (27.07.2014)
полосовой режекторный фильтр, телекоммуникационная базовая станция и терминал, дуплексер и способ согласования импедансов -  патент 2497272 (27.10.2013)
термостабильный узкополосный фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2464701 (20.10.2012)
лестничный фильтр на поверхностных акустических волнах с повышенной избирательностью -  патент 2457614 (27.07.2012)
резонатор магнитоэлектрический -  патент 2450427 (10.05.2012)
фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2427072 (20.08.2011)
фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2351063 (27.03.2009)
фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2340080 (27.11.2008)
многоканальный фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2333596 (10.09.2008)
фильтр на поверхностных акустических волнах -  патент 2308799 (20.10.2007)
Наверх