РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ Российский патент 2002 года по МПК H03H9/64 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в акустоэлектронных устройствах селекции частоты на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Известен фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей грани которого в общем акустическом канале расположены входной и выходной неаподизованные встречно-штыревые преобразователи (ВШП) [1]. Этот фильтр имеет узкие полосы режекции и пропускания.

Из известных устройств наиболее близким к заявленному по совокупности признаков является режекторный фильтр на ПАВ, содержащий расположенный на поверхности пьезоэлектрического звукопровода эквидистантную встречно-штыревую систему электродов (ВШСЭ), параллельно которой включена индуктивность, средняя точка индуктивности гальванически соединена с одной из обкладок конденсатора, а концы конденсатора - к первой входной и первой выходной клеммам. Другая обкладка конденсатора гальванически подсоединена к второй входной и второй выходной клеммам [2].

Этот фильтр имеет незначительную глубину и узкую полосу режекции. Увеличение глубины и расширение полосы режекции за счет каскадирования ряда фильтров приводит к увеличению габаритов устройства в целом.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании режекторного фильтра на ПАВ, лишенного указанных недостатков. Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в увеличении глубины и ширины полосы режекции.

Это достигается тем, что в режекторном фильтре на ПАВ, содержащем расположенную на поверхности пьезоэлектрического звукопровода эквидистантную встречно-штыревую систему электродов (ВШСЭ), параллельно которой включена индуктивность, средняя точка индуктивности гальванически соединена с одной из обкладок конденсатора, а концы - с первой входной и первой выходной клеммами. Другая обкладка конденсатора гальванически присоединена ко второй входной и второй выходной клеммам, перекрытие противофазных штыревых электродов ВШСЭ на двух равных по апертуре участках выполнено с различными коэффициентами металлизации, а величины этих коэффициентов удовлетворяют условию:
K<K₁<K(1+V/4NΔV),
K(1-V/4NΔV)<K₂<K,
где К₁ и К₂ - коэффициенты металлизации на 1-м и 2-м участках;
К - средний коэффициент металлизации;
N - число пар электродов ВШСЭ;
ΔV/V - относительная разность скорости ПАВ на свободной и металлизированной поверхностях, при этом параллельно и последовательно конденсатору включено дополнительное сопротивление, величина которого выбрана из условия:
0,1/ωC<R<10/ωC,
где R - величина дополнительного сопротивления, Ом;
ω - частота, рад/с;
С - емкость конденсатора, Ф.

Достигаемый технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков. Выполнение топологии ВШСЭ в виде двух равных по апертуре участков с различными коэффициентами металлизации в указанных пределах расширяет полосу частот. Дополнительная режекция в данной конструкции достигается за счет более полной компенсации напряжения в полосе режекции фильтра.

В результате моделирования работы фильтра на ЭВМ и экспериментальных проверок установлено, что эта компенсация возможна только при подключении к конденсатору (параллельно или последовательно) дополнительного сопротивления.

R≅1/ωC,
где С - емкость конденсатора, ω - частота.

В зависимости от частоты режекции и параметров схемы величина R выбирается из соотношения:
0,1/ωC<R<10/ωC.
Использование данной топологии ВШСЭ вместе с включением дополнительного сопротивления увеличивает глубину режекции на 10-40 дБ, а полосу режекции примерно в 1,5 раза.

На фиг.1 показана топология ВШСЭ и электрическая схема режекторного фильтра.

Режекторный фильтр на ПАВ содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, на поверхности которого расположена эквидистантная ВШСЭ 2. Параллельно ВШСЭ 2 включена индуктивность 3, средняя точка которой гальванически связана с одной из обкладок конденсатора 4, а концы индуктивности соединены с первой входной и первой выходной клеммами 5, 6. Другая обкладка конденсатора соединена со второй входной и второй выходной клеммами 7, 8. Последовательно или параллельно конденсатору 4 включено дополнительное сопротивление 9.

Режекторный фильтр на ПАВ работает следующим образом. При подаче входного электрического сигнала на входные клеммы 5, 7 на частоте режекции электрическое напряжение распределяется на элементах схемы, нагрузке и на ВШСЭ, имеющей при NΔV/V>0,52 индуктивную реакцию и некоторое омическое сопротивление. При таком включении, с учетом расширения полосы частот, в которой ВШСЭ обеспечивает индуктивную реакцию, за счет использования данной топологии ВШСЭ, происходит частичная или полная компенсация электрического напряжения на выходе устройства, чем обеспечивается заданный уровень и полоса режекции.

На частотах, больших частоты акустического синхронизма, емкостное сопротивление ВШСЭ становится пренебрежимо мало по сравнению с величинами сопротивлений в схеме и, таким образом, сигнал без дополнительных потерь достигает выхода. На очень низких частотах стремится к нулю индуктивное сопротивление, и, следовательно, при 1/ωС>>R_вх или R_вых потерями между входом и выходом можно также пренебречь.

Были изготовлены образцы режекторных фильтров на частоты 99 МГц.

На фиг.2 приведены их амплитудно-частотные характеристики. Акустический элемент имел 200 пар электродов, апертуру перекрытия 0,5 мм, период структуры 40 мкм. Средний коэффициент металлизации К=0,5. Сопротивление включено параллельно конденсатору.

Кривая 1 - характеристика прототипа.

Кривая 2 - характеристика режекторного фильтра с акустическим элементом, у которого коэффициент металлизации постоянен по апертуре.

Кривая 3 - характеристика режекторного фильтра, выполненного по формуле изобретения с K₁=0,525 и К₂=0,475.

Изобретение обеспечивает увеличение полосы режекции по меньшей мере в 1,5 раза и глубины режекции на 10-40 дБ.

Источники информации
1. Патент США 3868608, кл. 333-72, 1975.

2. ТИИЭР, т.64, 5, 1976, с. 138-139.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может пользоваться в акустоэлектронных устройствах селекции частоты на поверхностных акустических волнах. Достигаемый технический результат заключается в увеличении глубины и полосы режекции. На рабочей поверхности пьезоэлектрического звукопровода расположен встречно-штыревой эквидистантный преобразователь (ВШП). Параллельно ВШП включена индуктивность, средняя точка которой гальванически связана с одной из обкладок конденсатора, а концы индуктивности соединены с первыми входной и выходной клеммами. Другая обкладка конденсатора соединена с другими входной и выходной клеммами. Последовательно или параллельно конденсатору включено дополнительное сопротивление. Перекрытия противофазных электродов в двух равных по апертуре участках ВШП выполнены с различными коэффициентами металлизации, а величина дополнительного сопротивления выбирается из условия компенсации напряжения на выходе устройства. 2 ил.

Режекторный фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий расположенную на поверхности пьезоэлектрического звукопровода эквидистантную встречно-штыревую систему электродов (ВШСЭ), параллельно которой включена индуктивность, средняя точка индуктивности гальванически соединена с одной из обкладок конденсатора, а концы - с первой входной и первой выходной клеммами, другая обкладка конденсатора гальванически присоединена ко второй входной и второй выходной клеммам, отличающийся тем, что перекрытие противофазных штыревых электродов ВШСЭ на двух равных по апертуре участках выполнено с различным коэффициентом металлизации, а величины этих коэффициентов удовлетворяют условию
K<K₁<K(l+V/4NΔV);
K(1-V/4NΔV)<K₂<K,
где K₁ и К₂ - коэффициенты металлизации на 1-м и 2-м участках;
К - средний коэффициент металлизации;
N - число пар электродов ВЩСЭ;
ΔV/V - относительная разность скоростей ПАВ на свободной и металлизированной поверхностях,
при этом параллельно или последовательно конденсатору включено дополнительное сопротивление, величина которого выбрана из условия
0,1/ωC<R<10/ωC,
где R - величина дополнительного сопротивления, Ом;
ω - частота, рад/с;
С - емкость конденсатора, Ф.