ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ Российский патент 2000 года по МПК H03H1/00 H03H3/08 

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при изготовлении узкополосных и сверхузкополосных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Известен узкополосный фильтр на ПАВ состоящий из пьезоэлектрической подложки и встречно-штыревых преобразователей (ВШП), сформированных на рабочей поверхности подложки [1]. Обычно в качестве пьезоэлектрической подложки используются достаточно длинные (несколько десятков мм) подложки из монокристаллического кварца ST-среза, имеющие минимальное значение температурного коэффициента частоты (ТКЧ). Недостатком такого фильтра является в ряде случаев недопустимый уход центральной частоты при изменении температуры. Это особенно заметно для узкополосных фильтров на ПАВ, даже при использовании пьезоэлектрических подложек из кварца с минимальным значением ТКЧ. Так, например, для узкополосного фильтра с центральной частотой 65,128 МГц и полосой пропускания 40 кГц уход частоты при изменении температуры от +20 до +70^oC составляет минус 15-16 кГц, что недопустимо для современных профессиональных радиоустройств.

Известен узкополосный фильтр на ПАВ, состоящий из пьезоэлектрической подложки и ВШП, сформированных на рабочей поверхности подложки. Для того чтобы уменьшить температурный уход частоты, фильтр помещается в термостат, температура которого равна или несколько выше максимальной температуры эксплуатации фильтра на ПАВ [2]. Недостатком такого фильтра является необходимость применения термостата, что увеличивает габариты и потребляемую электрическую мощность, что в ряде случаев неприемлемо. Другим недостатком такого фильтра на ПАВ является достаточно большое время выхода на режим - время, необходимое для нагрева термостата до рабочей температуры, составляющее несколько минут, что в ряде случаев неприемлемо.

Задача изобретения - уменьшить уход центральной частоты узкополосного фильтра на ПАВ при изменении температуры окружающей среды. Эта задача достигается следующим образом.

Предлагается конструкция узкополосного фильтра на ПАВ, свободного от вышеназванных недостатков. Предлагается фильтр, состоящий из пьезоэлектрической подложки и ВШП, сформированных на рабочей поверхности подложки, помещенной в герметичный корпус. С обратной стороны пьезоэлектрической подложки предлагается разместить плоскую биморфную пьезоэлектрическую пластину с нанесенными на ее поверхности металлическими электродами и жестко соединенную с пьезоэлектрической подложкой ПАВ фильтра. При подаче на биморфную пьезоэлектрическую пластину постоянного управляющего напряжения происходит прогиб пластины и жестко с ней связанной пьезоэлектрической подложки ПАВ фильтра. В зависимости от полярности приложенного управляющего напряжения прогиб пластины с пьезоэлектрической подложкой будет происходить либо в сторону ВШП, либо в сторону нерабочей поверхности подложки. Экспериментально было определено: если пьезоэлектрическая подложка прогибалась в сторону нерабочей стороны подложки, то частота уэкополосного фильтра на ПАВ увеличивалась, а если подложка прогибалась в сторону ВШП, то частота фильтра уменьшалась. Экспериментально также было определено, что изменение частоты линейно зависит от прогиба пьезоэлектрической подложки и описывается следующим уравнением:
δF = kω. (1)
Здесь δF - изменение центральной частоты узкополосного фильтра на ПАВ, кГц, ω - прогиб пьезоэлектрической подложки ПАВ фильтра, мкм, k - постоянный коэффициент.

При изменении температуры окружающей среды частота фильтра на ПАВ из-за высокого ТКЧ пьезоэлектрической подложки также изменяется. Это изменение можно существенно уменьшить путем подачи на биморфную пьезоэлектрическую пластину управляющего постоянного напряжения определенной полярности. При этом пьезоэлектрическая подложка изгибается, что ведет к изменению центральной частоты фильтра. Величина и полярность управляющего напряжения выбираются таким образом, чтобы прогиб подложки ЛАВ фильтра соответствовал прогибу по уравнению 1, тем самым бы компенсировалось температурное изменение частоты.

Сущность предложенного изобретения проиллюстрирована фиг.1.

Здесь 1 - пьезоэлектрическая подложка фильтра на ПАВ со сформированными на рабочей поверхности ВШП 2; 4 -биморфная пьезоэлектрическая пластина с электродами 8 для подачи управляющего напряжения; 6 - основание корпуса фильтра; 3, 5 и 7 - стойки жесткого крепления подложки и пластины. При подаче постоянного электрического напряжения на пьезоэлектрическую пластину 4 происходит прогиб пластины в ту или иную сторону, определяемую знаком прикладываемого напряжения, к электродам 8. Через стойку 3 пьезоэлектрическая пластина воздействует на пьезоэлектрическую подложку и тем самым происходит изгиб последней. В результате этого изгиба центральная частота узкополосного фильтра на ПАВ изменяется. Величину и знак управляющего напряжения, подаваемого на биморфную пластину, выбираем таким образом, чтобы компенсировать температурный уход частоты. Кроме этого, можно управлять центральной частотой узкополосного фильтра на ПАВ по определенному закону по заранее заданной программе.

В качестве примера был изготовлен узкополосный фильтр на ПАВ с центральной частотой 65,128 МГц и полосой пропускания 40 кГц. Использовались подложки из монокристаллического кварца ST среза. Длина подложек составляла 34 мм, ширина 6 мм, толщина 1 мм. ВШП фильтра располагались на длине подложки 30 мм.

Изменение частоты фильтра от температуры с подложкой, смонтированной традиционным образом в металлостеклянном корпусе, проиллюстрировано фиг. 2. При увеличении температуры окружающей среды от 20 до 70^oC центральная частота фильтра на ПАВ уменьшается на 16 кГц.

Если же фильтр на ПАВ смонтировать в корпусе в соответствии с фиг.1 и производить изгиб подложки, то частота фильтра изменится. На фиг. 2 показано изменение частоты фильтра от величины стрелы прогиба. Из фиг. 3 следует, что при прогибе подложки со стороны ВШП к основанию корпуса на величину 75 мкм происходит увеличение центральной частоты фильтра на +16 кГц.

Этот прогиб осуществляется путем подачи на биморфную пьезоэлектрическую пластину постоянного напряжения. В нашем случае использовалась круглая биморфная пластина из пьезоэлектрика системы ЦТС, толщиной 2 мм. Управляющее напряжение для осуществления прогиба в 75 мкм составляло 140 В. Изменяя напряжение можно изменять стрелу прогиба и тем самым изменять частоту фильтра на ПАВ, что дает возможность полностью компенсировать температурный уход частоты.

Источники информации
1. В.В. Дмитриев и др. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов.- М.: Радио и связь, 1985, с. 95.

2. В.И. Речицкий. Акустоэлектронные радиокомпоненты. -М.: Радио и связь, 1987, с. 156.

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при изготовлении узкополосных и сверхузкополосных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Технический результат - уменьшение ухода центральной частоты узкополосного фильтра на ПАВ при изменении температуры окружающей среды. Узкополосный фильтр на ПАВ, состоящий из пьезоэлектрической подложки со сформированными на рабочей поверхности встречно-штыревыми преобразователями, помещенной в герметичный корпус, с нерабочей стороны подложки, которая концами жестко соединена с основанием корпуса стойками таким образом, чтобы нерабочая поверхность не касалась основания корпуса, размещена биморфная пьезоэлектрическая пластина, которая своим центром жестко соединена с пьезоэлектрической подложкой, а по краям жестко соединена с основанием корпуса стойками таким образом, чтобы между пластиной и основанием корпуса имелся бы определенный зазор, величина которого превышала бы стрелу прогиба пьезоэлектрической подложки, который образуется за счет подачи на электроды биморфной пластины постоянного управляющего напряжения. 3 ил.

Узкополосный фильтр на поверхностных акустических волнах, состоящий из пьезоэлектрической подложки со сформированными на рабочей поверхности встречно-штыревыми преобразователями, помещенной в герметичный корпус, отличающийся тем, что с нерабочей стороны подложки, которая концами жестко соединена с основанием корпуса стойки таким образом, чтобы нерабочая поверхность на касалась основания корпуса, размещена биморфная пьезоэлектрическая пластина, которая своим центром жестко соединена с пьезоэлектрической подложкой, а по краям жестко соединена с основанием корпуса стойками таким образом, чтобы между пластиной и основанием корпуса имелся бы определенный зазор, величина которого превышала бы стрелу прогиба пьезоэлектрической подложки, который образуется за счет подачи на электроды биморфной пластины постоянного управляющего напряжения.