Двухвходовый резонаторный фильтр на поверхностных акустических волнах Советский патент 1992 года по МПК H03H9/25 

Ј

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в радиоэлектронных частотно-селектирующих системах, например, в узкополосных фильтрах и резонаторах, применяемых для стабилизации частоты задающих автогенераторов. Цель изобретения - упроще- ние конструкции. На поверхности звукопровода 1 расположены отражающие структуры 2 и 3 на расстоянии . Входной встречно-штыревой преобразователь (ВШП) 4 установлен в центре резонатора. Выходной ВШП смещен от центра. 2 ил.

VI

ГО

И

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в радиоэлектронных частотно-селектирующих системах, например в узкополосных фильтрах и резонаторах ПАВ, применяемых для стабилизации частоты задающих автогенераторов.

Известен одночастотный резонатор ПАВ, образованный двумя идентичными отражающими периодическими системами неоднородностей (зеркалами, разнесенными на небольшое расстояние L0, при котором в полосу эффективного отражения зеркал Д F попадает только одна собственная резонансная частота. Связь резонатора с внешним радиотрактом осуществлена с помощью двух встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных симметрично, причем расстояние между ВШП и отражателями выбрано таким, что центры электродов преобразователей совпадают с пучностями стоячей волны, образующей в резонаторе на его собственной частоте.

Недостаток данного устройства заключается в том, что малая величина длины резонансной полосы, необходимая для обеспечения одночастотности резонатора, приводит вследствие неидеальности отражателей к снижению потенциально достижимого значения его добротности Q. Увеличения добротности резонатора можно достичь увеличением расстояния между отражательными структурами. Однако при этом в полосе частот отражения отражательных структур наряду с основной полосой пропускания появляются нежелательные (дополнительные) полосы пропускания, что ухудшает избирательные характеристики резонатора.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является резонаторный фильтр на ПАВ, выполненный на основе многочастотного резонатора, в котором для устранения нежелательных полос пропускания в резо- наторную полость помещают дополнительные ВШП, соединенные между собой через фазовращатели и усилители.

Необходимость дополнительных ВШП, требуемых для повышения избирательности фильтра, количество которых равно (п+1), где п - число пар нежелательных полос пропускания, а также введение в устройство фазовращателей и усилителей существенно усложняют конструкцию устройства.

Цель изобретения - упрощение конструкции резонатора.

Указанная цель достигается тем, что в резонаторном фильтре, содержащем звуко- провод, на поверхности которого расположены две отражательные структуры (зеркала) и два приемопередающих встречно-штыревых преобразователя, расстояние между отражателями определяют из соотношения

, ()-У о,

AF гр

где k - заданное число полОс пропускания резонатора;

V - скорость ПАВ;

0A F - полоса эффективного отражения

зеркал с центральной частотой f0;

Lnp - глубина проникновения ПАВ в отражателе, причем центр среднего электрода одного

5 преобразователя расположен в центре резонатора, совпадающего с пучностью стоячей волны на частоте f0, а центр среднего электрода другого преобразователя - на расстоянии

0Я (U + 2 1Пр)

N 2 4 от центра резонатора, где N - целое число;

Я V/fo - длина ПАВ на центральной

5 частоте.

Выбор расстояния между отражателями резонатора и определенное расположение центров средних электродов обоих ВШП позволяет устранять нежелательные полосы

0 пропускания (моды) на тех собственных частотах, которым соответствуют стоячие волны с узлами, совпадающими с центрами средних электродов одного из ВШП.

На фиг. 1 показана конструкция резона5 тора; на фиг. 2 - собственные частоты резонатора, схематически отмеченные точками на оси f.

Конструкция резонатора содержит зву- копровод 1, на поверхности которого распо0 ложены отражательные структуры 2 и 3 на расстоянии LO одна от другой. В одном акустическом канале с ними расположены входной П-| 4 и выходной П2 5 ВШП. Центр среднего электрода входного преобразова5 теля совпадает с геометрическим центром резонансной полосы, а центр среднего электрода выходного ВШП расположен на рас- ... Цф

- 1- I

стоянии

от центра резонатора,

где . LO + 2 Lnp. и Lnp - глубина проникновения ПАВ в отражательные струтуры.

Резонаторный фильтр работает следующим образом.

Собственные частоты резонатора fm удовлетворяют обычному дисперсионному уравнению

2 (fm) 27rm. (1) где m - целое;

p (f) - фаза коэффициента отражения зеркал.

В дальнейшем будем считать, что. одна из собственных частот, удовлетворяющая уравнению (1), совпадает с центральной частотой полосы эффективного отражения. В этом случае расстояние между зеркалами LO выражаем из (1):

mV (p(f)-V Lo f0 2ttf0

Вводя глубину проникновения акустической волны в отражатель 4

-пр

у.1Ј

4Я д

(Ь),

с помощью уравнения (1) легко показать, что набор собственных частот можно представить в виде

fm fo + m-V/2U0 to + m A f, (2) где Af- межмодовое расстояние;

m 0, ±1, ±2...

На каждой из собственных частот fm в резонансной полости образуется стоячая волна, пространственное распределение амплитуды которой характеризуется следующим соотношением:

A(Xifm) 11+ R I

-2

X+if(fm),

ЗдесьР -модуль коэффициента отражения зеркал. Координаты пучностей Хп и узлов Х/т стоячей волны на частоте fm удовлетворяют уравнениями

.Xn(m)(fm)27rl

V

(m)-p(fm) (2l + 1)jr,

I - целое.

Ясно, что в АЧХ рассматриваемого потенциально многочастотного резонатора устраняются полосы пропускания (моды) на тех собственных частотах, которым соответствуют стоячие волны с узлами, совпадающими с центрами электродов одного из приемопередающих ВШП (Пч или ГЬ).

Как следует из (1), (2) и (4), геометрический центр резонатора X при

N Я + л (N - целое) совпадает с пучЈ Jit

ностями четных (, ± 2, ± 4...) и узлами нечетных (m ± 1, ±3...) мод резонатора. Поэтому при совпадении центра среднего электрода преобразователя ГЬ длиной « Ц с точкой X L.o/2 этот преобразователь будет возбуждать лишь четные моды, подавляя нечетные.

Если No AF/A f0 + 1 - полное число собственных частот резонатора, попадающих в полосу отражения зеркал

AF(N0 AF/Af+ 1),

5 то число подавляемых преобразователем ГН собственных мод равно 2 Ц1М+1)/4, где Z - целая часть числа 2.

На фиг. 2 сплошной линией обозначена огибающая амплитуда стоячих волн, воз- 10 буждаемых ГН.

Аналоничным образом доказывается, что выходной преобразователь Па, размещенный на расстоянии

Lo+2LnP 4Я

15 центра резонатора, подавляет собственные моды с индексами m ± 2, ±6, ± 10 ... и эффективно взаимодействует с колебаниями на частотах с m 0, ± 4, ± 8 ... (огибающая регистрируемых Па амплитуд стоячих

20 волн обозначена на фиг. 2 пунктирной линией).

Количество мод, подавляемых преобразователем П2. равно 2@М0+31/8.

25 Число k полос пропускания предлагаемого резонатора находится из очевидного соотношения:

k No - 2gN0+1j/4 - 2 flNo+SyS.

Из этого равенства, в частности, следу30 ет, что для выделения в АЧХ резонатора только одной узкой полосы пропускания на частоте f0 (), полное число резонансных собственных частот не должно превышать, т.е. расстояние между отражателями долж35 но быть ограничено величиной (3V/A F - -2 Up).

Если расстояние между отражателями равно U-IV/AF - 2 Up, то в рабочую полосу отражателей попадает М0 15 собствен40 ных частот fm (m 0, ± 1... ± 7). При этом определенное ранее местоположение преобразователей П-|,2 обеспечивает выделение в АЧХ резонатора только трех () полос пропускания на частотах f0 и f ± 4.

45 Поскольку нетрудно показать, что фаза коэффициента передачи (ФКП) резонатора на частоте f0 отличается на я от ФКП на частотах f ± 4, то такой резонатор может применяться для стабилизации одночастотных

50 ПАВ-генераторов, способствуя улучшению их шумовых характеристик.

Изобретение позволяет обеспечить высокую изобретательность резонаторов ПАВ без усложнения их конструкции, повышает

55 технологичность изготовления частотно-селектирующих систем.

Формула изобретения Двухвходовый резонаторный фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ),

содержащий звукопровод, на поверхности которого в одном акустическом канале расположены две отражательные структуры из периодически расположенных отражательных элементов, входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП), отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при сохранении высокой избирательности, в нем отражательные элементы установлены друг относительно друга на расстоянии, удовлетворяющем соотношению

, (2k+1), Lo- др - 2L,

пр.

где V - скорость ПАВ;

5 bv JФиг 2

0

5

A F - полоса эффективного отражения отражательных элементов на центральной частоте f0;

Lnp - глубина проникновения ПАВ в отражательные структуры;

k - заданное число полос пропускания, центр среднего электрода входного преобразователя совмещен с центром резонатора, а центр среднего электрода выходного преобразователя смещен от центра резонатора на расстояние, удовлетворяющее условию

A U+2Lnp

2 4 где N - целое число; .

А- длина ПАВ на центральной частоте fo.

N