Полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах Советский патент 1980 года по МПК H03H9/00 H01L41/08 

(54) ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

1

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

Известен полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоподложку и расположенные на ее поверхности входной и выходной преобразователи поверхностных акустических волн встречно-штыревого типа, расположенные в одном акустическом канале. Один из преобразователей, например, входной, является аподиззэганным, перекрытие смежных штыревых э.еигродов в нем изменяется R соответствии с заданным законом амплитудной модуляции в импульсном отклике фильтра. Другой преобразователь является широкополосным и неапоДизованным, ои имеет одинаковое перекрытие всех штыревых электродов 1 .

Недостатком такого фильтра является малое подавление сигнала за полосой пропускания, недостаточная крутизна спада его амплитудно-частотной характеристики и неравномерность амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания, т. е.

неудовлетворительная форма его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

Улучшить форму АЧХ позволяет расположение входного и выходного преобразователей в разных акустических каналах.

Известен полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах, содержащий пьезоподложку и расположенные на ее поверхности в параллельных акустических каналах входной и выходной преобразователи поверхностных акустических волн и устройство связи между акустическими каналами, выполненное в виде двух электродных структур, каждая из которых расположена в соответствующем акустическом канале и содержит две разнополярные группы параллельных перекрывающихся штыревых электродов, причем штыревые электроды одной из групп обеих электродных структур гальванически соединены между собой, штыре вые электроды второй группы обеих электродных структур в этом фильтре также соединены между собой гальванически 2.

В этом фильтре, однако, невозможен синтез заданного импульсного отклика при переизлучении ПАВ из одного акустического канала в другой. Поэтому формула его АЧХ вое еще далека Ът оптимальной, в особенности при использовании для пьезоподложки материалов широкого класса. Целью изобретения является улучшение формы амплитудно-частотной характеристики при расширении класса материалов пьезоподложки. Это достигается тем, что между первой и второй .электродными структурами введена дополнительная электродная структура, содержащая две разнополярные группы неравномерно перекрывающихся параллельных штыревых электродов, при этом шtыpeвые электроды первой и второй групп дополнительной структуры гальванически соединены со штыревыми электродами вторых упомянутых групп первой и второй электродных структур соответственно, а период расположения штыревых электродов в дополнительной электродной структуре выполнен не равным периоду расположения штыревых электродов в первой и второй электродных структурах. На фиг. 1 показана конструкция фильтра, содержащая неаподизованные входной и выходной преобразователи; на фиг. 2 - то же, содержащая аподизованиые входной и выходной преобразователи) Предложенный фильтр содержит пьезоподложку 1, выполненную в виде пластины из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. На рабочей поверхност;и подложки 1 в параллельных aKycTH-qlecких каналах расположены входной 2 и выходной 3 преобразователи ПАВ встречноштыревого типа с постоянным першрь1тием штыревых электродов. Входной преобразователь 2 соединен с генератором 4 высокочастотного сигнала, а выходной 3 - с нагрузкой 5. У краев пьезоподложки 1 расположены поглотители ПАВ 6. и 7. Между преобразователями 2 и 3 размещены электродные структуры 8-10. Штыревые электроды 11 первой группы и штыревыеэлектроды 12 второй группы структуры 8 размещены в акустическом канале входного преобразователя 2. Штыревые электроды 13 первой группы и штыревые электроды 14 второй группы структуры 9 размещены в акустическом канале выходного преобразователя 3. Штыревые электроды 15 первой группы и штыревые электроды 16 второй группы структуры 10 параллельны друг другу и размещены между первой 8 и второй 9 структурами. Штыревые электроды 11 и 13 групп гальванически соединены токопроводящей шиной 17, расположенной вне системы электродов. Шина 17 может быть выполнена в виде замкнутого контура,внутри которого заключены электродные структуры 8-10 и заземлена. Штыревые электроды 12 и 14 гальванически соединены с электродами 15 и 16 соответственно. Штыревые электроды 12 структуры 8 и штыревые электроды 14 структуры 9 связаны между собой через емкость. образованную соответствующими смежными штыревыми электродами 15 и 16 дополнительной структуры 10. В первой структуре 8 перекрытие всех электродов 11 и 12 одинаково и равно перекрытию электродов во входном преобразователе 2. Во второй структуре 9 перекрытие всех электродов 13 и 14 одинаково и равно перекрытию электродов в выходном преобразователе 3. Перекрытие электродов 15 и 16 дополнительной структуры 10 изменяется по закону, определяемому по данному импульсному отклику фильтра. Пространственный период электродов входного и выходного преобразователей, а также первой и второй электродных структур выбирается из условия акустического синхронизма. В ряде случаев, например, при ф&рмировании несимметричной амплитудно-частотной характеристики период входного и выходного преобразователей отличается от периода первой и второй электродных структур и рассчитывается, исходя из частоты, несколько отличной от центральной частоты фильтра. Пространственный период штыревых электродов дополнительной структуры отличен от пространственного периода электродов первой и второй структур и выбирается из условия, чтобы собственная полоса пропускания электродов дополнительной структуры находилась вне полосы пропускания фильтра. В другом варианте предложенного устройства один или оба преобразователя встречно-штыревого типа могут быть выполнены аподизованными, т. е. с переменным перекрытием электродов, закон изменения которого определяется по заданному импульсному отклику фильтра (фиг. 2). Входной 2 и выходной 3 преобразователи могут быть размещены по одну сторону от электродных структур 8-10, как это показано на фиг. 2. Независимо от конструкции входного 2 и выходного 3 преобразователей на дополнительной структуре 10 может быть расположено поглощающее ПАВ покрытие. При выполнении такого покрытия из материала с высокой диэлектрической проницаемостью уменьшаются габариты устройства, постольку в этом случае уменьшается величина максимального перекрытия электродов в структуре 10 вследствие увеличения погойной емкости на единицу длины перекрывающихся электродов. Фильтр работает с)1едующим образом. Высокочастотный сигнал от генератора 4 поступает на входной преобразователь 2 и преобразуется в ПАВ, которые распространяются по направлению к первой электродной структуре 8. Достигая структуры 8, ПАВ создают на каждой паре смежных электродов 11 н 12 высокочастотный радиосигнал. Каждую такую пару электродов можно рассматривать Kajc истотник вцсокочастотного сигнала, нагрузкой которого является соответствующая смежная пара электродов структуры 9, образованная электродами 13 и 14, поскольку электроды 11 связаны гальванически с электродами 13, а электроды 12 связаны с электродами 14 через емкость, образованную соответствующими смежными перекрывающимися электродами 15 и 16. Высокочастотный сигнал, поступающий на электроды 13 и 14 структуры 9, снова преобразуется в ПАВ, которые распространяются по направлению к выходному преобразователю 3, но уже в другом акустическом канале. Достигая преобразователя 3, ПАВ снова преобразуются в Высокочастотный радиосигнал, который выделяется на нагрузке 5.

В предложенном фильтре напряжение высокочастотного сигнала, снимаемого с каждой пары смежных электродов структуры 8, определяется величиной емкости между соответствующими электродами структуры 10, которая, в свою очередь, определяется перекрытием этих электродов. Таким образом, изменяя величину перекрытия электродов в структуре 10, можно осуществлять взвешивание напряжения, снимаемого с каждой пары смежных электродов в структуре 8, т. е. формировать заданный импульсный отклик фильтра. Так как АЧХ фильтра, формируемая в одном акустическом канале, является Фурье-преобразованием его импульсного отклика, то, задавая определенным образом закон перекрытия электродов в структуре 10, можно формировать в акустическом канале входного преобразователя нужную АЧХ. Аналогично в акустическом канале выходного преобразователя 3 будет формироваться АЧХ, форма которой определяется также законом перекрытия электродов в структуре 10. Результирующая АЧХ фильтра будет произведением амплитудно-частотных характеристик, формируемых в акустических каналах входного 2 и выходного 3 преобразователей. Поскольку АЧХ, формируемой как в акустическом канале входного, так и в акустическом канале выходного преобразователей, определяется одним и тем же законом перекрытия электродов в структуре 10, результирующая АЧХ фильтра будет квадратом АЧХ, формируемой в акустическом канале, выходного или входного преобразователей.

Поскольку собственная полоса пропускания структуры 10 находится вне полосыпропускания фильтра, наличие этой структуры не вносит дополнительных потерь и не искажает формируемую АЧХ фильтра. Более того, собственнукэ полосу пропускания электродов структуры 1,0 можно совместить с одним из всплесков на АЧХ фильтра за его полосой пропускания, например, с полосой частот эффективной генерации паразитных сдвиговых объемных волн. В этом случае на этих частотах структура 10 вносит частотно-избирательные диссипативные потери

энергии, увеличивая подавление сигнала за полосой пропускания фильтра. Тем самым форма АЧХ улучшается дополнительно.

В фильтре с неаподизованными входным и выходным преобразователями полностью устранены дифракционные эффекты, благодаря чему форма его АЧХ улучшается существенно. При использовании аподизованных преобразователей результирующая АЧХ фильтра является произведением АЧХ, формируемых в обоих преобразователях, а

также в первой и второй структурах. Благодаря этому происходит дополнительное подавление сигнала за полосой пропускания фильтра и достигается улучшение формы его АЧХ. Фильтр с аподизованными входным и выходным преобразователями позволяет формировать АЧХ сложной формы, например, несимметричную характеристику. Наряду с указанными выше преимуществами, в предложенной конструкции фильтра не возникает проблем, связанных с необходимостью изготовления большого числа электродов для трансформации ПАВ из акустического канала входного преобразователя в акустический канал выходного преобразователя. Поэтому, предложенный фильтр может быть реализован на широком классе

материалов, в том числе и на материалах с малой константой электромеханической связи, использование которых наиболее целесообразно в узкополосных фильтрах.

Предложенный фильтр отличается простотой и технологичностью. Производство его совместимо со стандартной технологией изготовления интегральных схем.

Формула изобретения

35

Полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах, содержащий пьезоподложку и расположенные на ее поверхности в параллельных акустических каналах входной и выходной преобразователи поверхностных акустических волн Т устройство связи между акустическими каналами, выполненное в виде двух электродных структур, каждая из которых расположена в соответствующем акустическом канале и содержит две

разнополярные группы параллельных перекрывающихся штыревых электродов, причем штыревые электроды одной из групп обеих электродных структур гальванически соединены между собой, отличающийся тем, что,

с целью улучшения формы амплитудно-частотной характеристики при расширении класса материалов пьезоподложки, между первой и второй электродными структурами введена дополнительная электродная структура, содержащая две разнополярные группы

неравномерно перекрывающихся параллельных штыревых электродов, при Ьтом штыревые электроды первой и второй групп дополнительной структуры гальванически соединены со штыревыми электродами вторых упомянутых групп первой и второйз лектроДных структур соответственно, а период расположения штыревых электродов в дополнительной электродной структуре выполнен НГ равным периоду расположения штыревых электродов в первой и второй электродных структурах. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 2040081, кл. Н 03 Н 9/00, опублик. 1971. 2. Патент Великобритании № 1389023, кл- Н 3 V, опублик. 1975 (прототип).