фильтр на поверхностных акустических волнах

Формула изобретения

Фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП) с изменяющимся по апертуре акустического канала пространственными периодами и изменяющейся величиной перекрытия электродов вдоль направления распространения ПАВ, отличающийся тем, что между ВШП располагается встречно-штыревая структура, состоящая из гребенки однофазных штыревых электродов и системы, противофазных ей, электрически изолированных друг от друга, парциальных гребенок штыревых электродов, при этом период встречно-штыревой структуры Т определяется соотношением

где Т_о - период входного или выходного ВШП на центральной частоте фильтра;

N - число штыревых электродов в парциальных гребенках,

f_o - центральная частота фильтра;

f - полоса пропускания фильтра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах обработки информации, телевидении и т.д.

Известен фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП) с изменяющейся величиной перекрытия штыревых электродов вдоль направления распространения ПАВ, находящихся в разных акустических каналах, и многополосковый направленный ответвитель между ними [1].

Недостатком данной конструкции является то, что ВШП для получения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) с высокой прямоугольностью имеют величину перекрытия штыревых электродов, сравнимую с длиной ПАВ, увеличение ширины звукопровода, так как ВШП находятся в разных акустических каналах.

Устранить указанные недостатки позволяет фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены входной и выходной ВШП с изменяющимися по апертуре акустического канала пространственными периодами и изменяющейся величиной перекрытия электродов вдоль направления распространения ПАВ [2]. В этом случае ВШП находятся в одном акустическом канале, и величина перекрытия штырей оказывается намного больше, чем длина ПАВ, даже для АЧХ с высокой прямоугольностью, так как ВШП с изменяющимся вдоль апертуры периодом имеет импульсный отклик вида . Входной ВШП с изменяющимся вдоль апертуры акустического канала пространственным периодом, излучает ПАВ в виде узкого луча, причем максимум амплитуды ПАВ приходится на ту часть апертуры ВШП, где длина ПАВ соответствует периоду ВШП. Этот луч падает на часть выходного ВШП, который имеет тот же период, что и входной ВШП. В этом случае создаются условия для эффективного отражения ПАВ от ВШП, что приводит к росту сигнала тройного прохождения, а следовательно к увеличению неравномерности в полосе пропускания АЧХ до 1 дБ и более, что можно отнести к недостатку данной конструкции.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка.

Это достигается тем, что между ВШП с изменяющимся по апертуре акустического канала пространственным периодом и изменяющейся величиной перекрытия электродов вдоль направления распространения ПАВ располагается встречно-штыревая структура, состоящая из гребенки однофазных штыревых электродов и системы противофазных ей, электрически изолированных друг от друга, парциальных гребенок штыревых электродов, при этом период встречно-штыревой структуры Т определяется соотношением

где Т₀ - период входного или выходного ВШП на центральной частоте фильтра;

N - число штыревых электродов в парциальных гребенках,

f₀ - центральная частота фильтра;

f - полоса пропускания фильтра.

На чертеже показан предложенный фильтр. Он содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, на рабочей поверхности которого расположены входной ВШП2 и выходной ВШП3 с изменяющимся по апертуре акустического канала пространственным периодом и изменяющейся величиной перекрытия электродов вдоль направления распространения ПАВ, встречно-штыревая структура, состоящая из гребенки однофазных штыревых электродов 4 и системы противофазных ей, электрически изолированных друг от друга, парциальных гребенок 5 штыревых электродов.

Фильтр работает следующим образом. При подаче на входной ВШП2 электрического сигнала, он возбуждает в пьезоэлектрическом звукопроводе 1 ПАВ, распространяющуюся в направлении выходного ВШП3 и преобразуется им в электрический выходной сигнал. В силу того, что ВШП2 выполнен с изменяющимся по апертуре акустического канала пространственным периодом, акустический сигнал представляет собой узкий луч ПАВ с распределением по апертуре акустического канала по закону , причем с изменением частоты сигнала луч ПАВ сканирует по апертуре акустического канала. Ширина луча , где ₀ - длина ПАВ на центральной частоте фильтра, - апертура в длинах ПАВ ₀, p - число боковых лепестков импульсного отклика фильтра вида , необходимого для получения АЧХ, близких к прямоугольной. Поскольку для получения АЧХ с высокой прямоугольностью р должно быть не менее 4-5, то ширина луча получается в 4 и более раз меньше апертуры акустического канала. Этот луч падает на встречно-штыревую структуру, в которой гребенка однофазных штыревых электродов 4 и система противофазных ей, электрически изолированных друг от друга, парциальных гребенок 5 штыревых электродов образуют последовательность электрически изолированных друг от друга, парциальных ВШП с постоянными перекрытием штыревых электродов и периодом. Когда акустический луч падает на такой ВШП, он возбуждает в нем переменное электрическое поле, которое равномерно распределяется по апертуре ВШП (акустического канала) и возбуждает ПАВ с шириной луча, равной апертуре акустического канала. Таким образом, при прохождении узкого акустического луча через парциальный ВШП он частично расширяется. Проходя каждый раз через парциальные ВШП, акустический луч испытывает расширение, при этом амплитуда узкого луча уменьшается, а амплитуда широкого (шириной в акустический канал) луча увеличивается. При попадании на выходной ВШП3 основная часть широкого луча попадает на те участки ВШП3, где период не соответствует длине ПАВ, что приводит к уменьшению отражения от этого ВШП. При переизлучении ПАВ ВШП3 также узкий луч ПАВ уменьшается по амплитуде, а амплитуда широкого луча увеличивается, что приводит также к уменьшению отражения от ВШП2. Таким образом, сигнал тройного прохождения уменьшится, что приведет к уменьшению неравномерности АЧХ в полосе пропускания.

Во избежании влияния отражения ПАВ от встречно-штыревой структуры периоды парциальных ВШП должны быть выбраны так, чтобы периоды входного ВШП2 и выходного ВШП3 не были бы равны, т.е. период встречно-штыревой структуры не принимал тех значений, которые принимают периоды ВШП2 и ВШП3 при их изменении по апертуре акустического канала, но при этом частоты ПАВ, находящиеся в полосе пропускания ВШП2 и ВШП3, должны находится в полосе пропускания парциальных ВШП. Тогда период встречно-штыревой структуры Т определится соотношением

где Т₀ - период входного или выходного ВШП на центральной частоте фильтра,

N - число штыревых электродов в парциальных гребенках,

f₀ - центральная частота фильтра;

f - полоса пропускания фильтра.

Тогда значения периодов ВШП2 и ВШП3 всегда больше периода встречно-штыревой структуры.

Число парциальных ВШП выбирается из условия того, что при ширине луча ПАВ W, равного половине апертуры акустического канала, происходило бы 100%-ное переизлучение ПАВ в другую половину акустического канала. В этом случае распространяющийся луч ПАВ можно рассматривать как симметричной и антисимметричной моды, ширина которых равна ширине акустического канала. Для антисимметричной моды каждый парциальный ВШП представляет собой короткозамкнутую решетку, а симметричная мода будет испытывать сдвиг фаз . При прохождении m парциальных ВШП общий сдвиг фаз . Если _общ=, то фаза симметричной моды сдвигается на 180° и ПАВ переходят из одной половины акустического в другую. Следовательно , где k² - квадрат коэффициента электромеханической связи ПАВ пьезоэлектрического звукопровода. Так как ширина W акустического луча, как сказано выше, в несколько раз меньше апертуры акустического канала, то 100%-ного переизлучения не будет, но луч ПАВ будет испытывать достаточное рассеяние, чтобы отражения от ВШП2 и 3 снизились до приемлемого уровня и обеспечить неравномерность АЧХ в полосе пропускания менее 0,5 дБ.

Пример. Выполнен фильтр на ПАВ на центральную частоту 36 МГц с полосой пропускания 8 МГц. ВШП2 и ВШП3 содержат 61 и 21 штыревой электрод соответственно. Апертура акустического канала равна 1,2 мм. Число электродов в парциальных гребенках 5 равно 4. В этом случае период встречно-штыревой структуры равен 0,83 периода ВШП2, 3 на центральной частоте, в то время как период ВШП2, 3 максимально уменьшается при данной полосе пропускания до 0,9 от периода ВШП на центральной частоте. Пьезоэлектрический звукопровод выполнен из кристалла YX/128° - среза ниобата лития (k ²=0,058). Число электродов в гребенке электродов 4 равно 56, а число парциальных гребенок m=14, т.е. парциальные ВШП имеют по 7 электродов. АЧХ фильтра имеет неравномерность в полосе пропускания менее 0,5 дБ при К_пр(30/3)=1,2. Вносимое затухание фильтра равно 26 дБ в 50-омном тракте.

Изобретение обеспечивает малую неравномерность АЧХ фильтра в полосе пропускания, лучшую, чем известные фильтры на ПАВ, где входной и выходной ВШП находятся в одном акустическом канале.

Список использованных источников.

1. Морган. Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. М.: "Радио и связь", 1990, с.212.

2. Авторское свидетельство №743539, кл. Н03Н9/00, 1980 г.