Фильтр на поверхностных акустических волнах

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в акустоэлектронных устройствах обработки сигналов на поверхностных волнах (ПАВ) для селекции частот. Целью изобретения является уменьшение вносимых потерь и улучшение избирательности. Фильтр на ПАВ содержит звукопровод 1 из ниобата лития среза YX/64^o, на рабочей поверхности которого в параллельных акустических каналах 2 и 3 размещены входные и выходные однонаправленные преобразователи 4, каждый из которых выполнен в виде встречно-штыревого преобразователя (ВШП) с многополосковым ответвителем (МПО) U-образной формы, двухсекционный аподизованный ВШП, секции которого размещены соответственно в первом и втором акустических каналах, между соответствующими однонаправленными преобразователями 4. При этом коэффициент металлизации каждого ВШП и МПО выбран в пределах 0,5< α_m,≅0,95, количество пар электродов каждой секции аподизованного ВШП выбрано в пределах 1,6/K²≅N≅2,1/K², где К - коэффициент электромеханической связи материала - звукопровода, а период МПО в соответствующих акустических каналах выбран из выражений , где λ - период ВШП. Предложенное техническое решение позволяет понизить вносимые потери на 0,6-0,8 дБ и повысить избирательность на 5 дБ. 3 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в акустоэлектронных устройствах обработки сигналов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для селекции частот. Целью изобретения является уменьшение вносимых потерь и улучшение избирательности. На фиг. 1 изображен предлагаемый фильтр; на фиг.2 упрощенная эквивалентная схема фильтра; на фиг.3 схема предлагаемого фильтра с эквивалентным развязывающим трансформатором. Фильтр на ПАВ содержит звукопровод 1 из ниобата лития среза YX/64^o, на котором расположены входной 2 и выходной 3 акустические каналы, каждый из которых содержит однонаправленные боковые ВШП 4 с МПО U-образной формы, центральный аподизованный ВШП 5, электрически соединеннный с центральным аподизованным ВШП 6 другого канала. Внешний электрод 7 каждого МПО и внешний электрод 8 каждого центрального аподизованного ВШП выполнены без зазора между собой и с зазором относительно общих клемм 9, 10. Однонаправленные ВШП 4 входного канала 2 через сигнальные 11 и общие 9 входные клеммы подключены к источнику напряжения 12, а однонаправленные ВШП 4 выходного канала 3 через сигнальные 13 и общие 10 выходные клеммы подключены к нагрузке 14. При этом коэффициент металлизации каждого ВШП и МПО в направлении, параллельном осям акустических каналов 2 и 3, выбран в пределах 0,5 < α_m ≅ 0,95, (1) количество пар электродов секции 5, 6 аподизованного ВШП выбрано в пределах (2) где К коэффициент электромеханической связи материала звукопровода, а периоды МПО в акустических каналах 2 и 3 выбраны из выражений (3) где λ период ВШП. Предлагаемый фильтр на ПАВ работает следующим образом. При подаче электрического сигнала от источника напряжения 12 к потенциальным клеммам 11 входного канала 2 первый и второй боковые однонаправленные ВШП 4 с МПО U-образной формы будут излучать акустические потоки по направлению к центральному аподизованному ВШП 5. Акустический сигнал, преобразованный ВШП 5 в электрический, поступает на ВШП 6 за счет электрической связи. При обратном преобразовании электрического сигнала в акустический преобразователем 6, акустический поток от него попадает на однонаправленные ВШП 4 с МПО U-образной формы выходного канала 3. За счет акусто-электрического преобразователя ВШП 4 электрический сигнал с выходного канала 3 поступает в нагрузку 14. Электрическое соединение аподизованных ВШП 5 и 6 с количеством пар электродов N=1,6-2,1/K² в каждом поперечном сечении обеспечивает высокую крутизну АЧХ фильтра, а их взвешивание - подавление боковых лепестков в АЧХ. Малые потери обеспечиваются выполнением входных и выходных ВШП однонаправленными с МПО U-образной формы. Фильтр не требует согласующих элементов, поскольку выбором определенного количества пар электродов в центральном аподизованном ВШП и в однонаправленных ВШП входного 2 и выходного 3 каналов обеспечивается режим самосогласования компенсация статической емкости ВШП реактивной проводимостью излучения акустической волны в полосе пропускания фильтра. Положительный эффект предлагаемого устройства основан на том, что вытекающие поверхностные волны на среде YX/64^o LiNbO₃ имеют потери на распространение под металлизированной поверхностью почти на порядок меньше, чем на свободной поверхности. Следовательно, выбор коэффициента металлизации a_m во всех ВШП и МПО больше 0,5 обеспечивает увеличение доли металла в тракте распространения вытекающих ПАВ, а значит, и уменьшение вносимых потерь в фильтре. Ограничив верхний предел коэффициента металлизации α_m0,95 (технологический предел выполнения α_m), когда поверхность звукопровода практически вся металлизирована, получим, что вносимые потери в фильтре с α_n0,95 меньше, чем в фильтре при α_m 0,5. Однако в ВШП при α_m >0,5 увеличивается погонная межэлектродная емкость, а следовательно, статическая емкость преобразователя. Поэтому необходимо скорректировать (увеличить) реактивную проводимость ВШП, увеличив количество пар электродов в каждом поперечном сечении аподизованных ВШП 5 и 6 для более оптимального режима самосогласования и обеспечения минимума потерь и искажений АЧХ. Это и достигается выбором количества пар электродов секций 5 и 6 в пределах (2). Указанные пределы были установлены экспериментально. Поскольку во всех ВШП α_m>0,5, то в фильтре эффективно будут возбуждаться нечетные высшие гармоники третья, пятая. Для подавления этих нежелательных откликов в фильтре предлагается выбрать период МПО в акустических каналах 2 и 3 из выражений (3). В этом случае рабочие ветви МПО являются "отражательной решеткой" соответственно на третьей и пятой гармонике основной частоты и уменьшают акустическую связь между входными (выходными) однонаправленными ВШП и центральными аподизованными ВШП 5 и 6. Поскольку число электродов в этой эквивалентной "отражательной решетке" невелико, за счет большого значения К²=11% для среза YX/64^oLiNbO₃ режектирование будет эффективно в достаточно широкой полосе частот и позволит подавать частотные отклики на третьей и пятой гармонике. Следует заметить, что на работу однонаправленного ВШП такое выполнение электродов МПО никак не скажется, поскольку эквивалентная "отражательная решетка" "прозрачная" для акустической волны основной частоты. Улучшение избирательности предложенного фильтра связано с выполнением последнего электрода 7 каждого МПО и последнего электрода 8 центральных аподизованных ВШП 5 и 6 без зазора между собой и с зазором относительно общих входных 9 и выходных 10 клемм. В этом случае источник напряжения 12 или нагрузка 14 подключаются к фильтру симметрично через эквивалентный развязывающий акустоэлектрический или электро-акустический трансформатор - центральный аподизованный ВШП 5 или ВШП 6, что снижает уровень электромагнитных наводок без использования заземленного экрана. Поясним это более подробно. Топологию фильтра (фиг.1) можно привести к схеме фиг.3, где однонаправленные ВШП 4 акустических каналов 2 и 3 замещены преобразователями 5 и 6, не имеющими акустической связи между собой (фиг.2). Нетрудно показать, что схему (на фиг.2) можно представить в виде двух схем фиг.3, где выходной ВШП 5 акустического канала 2 или входной ВШП 6 акустического канала 3 являются акусто-электрическими или электро-акустическими трансформаторами, соответственно Тр1 или Тр2, со своими эквивалентными источниками напряжения 12 или нагрузкой 14. Как видно из фиг.3, эти две схемы есть не что иное, как симметричное включение источника сигнала или нагрузки в цепь фильтра, обеспечивающее уменьшение уровня электромагнитных наводок без использования заземляющих экранов. Дополнительное уменьшение потерь в предложенном фильтре основано на том, что вносимые потери в фильтрах на вытекающих ПАВ можно уменьшить, снижая потери на распространение за счет сокращения расстояния между ВШП. В предложенном фильтре это обеспечивается выполнением электродов МПО с шагом в три и в пять раз меньше шага электродов ВШП, выполнением внешнего электрода 7 каждого МПО и внешнего электрода 8 центральных аподизованных ВШП 5 и ВШП 6 без зазора. В этом случае сокращаются расстояния между ВШП за счет сокращения размеров МПО. Кроме того, при разных шагах электродов МПО в каналах 2 и 3 расстояние между центрами ВШП 4, 5 и 6 в каналах 2 и 3 тоже будет различным, что приведет к уменьшению неравномерности АЧХ как в переходной полосе, так и в полосе пропускания за счет уменьшения влияния переотражений ПАВ и ВШП в каналах 2 и 3. Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения был изготовлен опытный образец ПАВ фильтра со средней частотой 30 МГц на звукопроводе среза YX/64^o LiNbO₃ размерами 20х15х2 мм. Апертура 5,64 мм. В центральных ВШП для подавления боковых лепестков применялось фазовое взвешивание по функции Хэмминга N=16,5 пар электродов в каждом поперечном сечении. Коэффициент металлизации α_m0,75. Шаг электродов ВШП 73,6 мкм, шаг электродов МПО 24,5 мкм в одном канале и 14,7 мкм в другом канале. Соединение электродов МПО и центральных аподизованных ВШП выполнялось в соответствии с фиг.1, АЧХ фильтра, измеренная в 40-Омном тракте (фильтр имел активные входной и выходной импедансы, равные 40 Ом). Сравнение экспериментальной АЧХ изготовленного образца с известным устройством в равных условиях приведено в таблице. Исходя из сравнения данных, приведенных в таблице, можно сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает меньшими потерями и большей избирательностью по сравнению с известным устройством. Применение подобного ПАВ-фильтра для входных цепей радиоприемных устройств позволит улучшить чувствительность и избирательность приемного тракта за счет малых потерь и большого затухания в полосе задерживания.

Формула изобретения

Фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий звукопровод из ниобата лития среза YZ/64^o, на рабочей поверхности которого в параллельных первом и втором акустических каналах симметрично относительно продольной оси симметрии звукопровода размещены соединенные соответственно с входными сигнальными и общей клеммами фильтра и выходными сигнальными и общей клеммами фильтра первый и второй входные однонаправленные преобразователи ПАВ и первый и второй выходные однонаправленные преобразователи ПАВ, каждый из которых выполнен в виде встречно-штыревого преобразователя (ВШП) с многополосковым ответвителем (МПО) U-образной формы, нерабочие ветви которых в соответствующих входных и выходных преобразователях ПАВ обращены одни к другим, двухсекционный аподизованный ВШП, секции которого размещены соответветственно в первом и втором акустических каналах между соответствующими однонаправленными преобразователями ПАВ, отличающийся тем, что, с целью уменьшения вносимых потерь и улучшения избирательности, коэффициент металлизации каждого ВШП и МПО в направлении, параллельном продольной оси симметрии звукопровода, выбран в пределах 0,5 < α_m ≅ 0,95,
количество пар электродов каждой секции аподизованного ВШП выбрано в пределах

где К коэффициент электромеханической связи материала звукопровода,
при этом периоды МПО в первом и втором акустических каналах выбраны соответственно из выражений
λ_мпо1 = λ/6,
λ_мпо2 = λ/10,
где λ период ВШП, м;
причем внешний электрод каждого МПО размещен относительно соседнего с ним электрода соответствующей секции аподизованного ВШП без зазора, а соответствующий внутренний электрод каждого МПО размещен относительно электрода соответствующего ВШП, соединенного с общей шиной, с зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Омский НИИ приборостроения

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): ГП "Омский опытный завод "ЭТАЛОН"

Характер внесенных изменений (дополнений):
Срок действия

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2004

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
17.12.1999 № 9576

Извещение опубликовано: 10.04.2004        

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Федеральное государственное унитарное предприятие "Омский научно-исследовательский институт приборостроения"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эталон"

Характер внесенных изменений (дополнений):
Срок действия продлен до 31.12.2006.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
17.12.1999 № 9576

Извещение опубликовано: 27.01.2007        БИ: 03/2007

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "ЭТАЛОН"

Характер внесенных изменений (дополнений):
срок действия договора продлен до 31.12.2008. Изменен порядок определения размера вознаграждения. Изменен предмет договора: добавлен патент на полезную модель №0061967.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
17.12.1999 № 9576

Извещение опубликовано: 20.12.2008        БИ: 35/2008

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия

---