Многоканальное частотно-селективное устройство на поверхностных акустических волнах

 

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для предварительной селекции радиосигналов в радиоприемных устройствах. Цель изобретения заключается в уменьшении искажений амплитудно-частотной характеристики /АЧХ/ устройства. В многоканальном частотно-селективном устройстве на поверхностных акустических волнах (ПАВ) частотно-избирательный блок, состоящий из N канальных полосовых фильтров /КПФ/ на ПАВ, расположен между первым и вторым коммутационными блоками. Пьезоподложки всех КПФ на ПАВ размещены последовательно друг за другом с радиально симметричным расположением их торцевых граней и осесимметричном расположением базовых граней относительно продольной оси симметрии корпуса устройства и в порядке возрастания или убывания значений центральных частот АЧХ устройства, а геометрические длины электрических подводящих шин выбраны из определенных условий, обеспечивающих минимальную и одинаковую в длинах ПАВ их длину для всех КПФ. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для предварительной селекции радиосигналов в радиоприемных устройствах.

Известны частотно-селективные устройства на LC-фильтрах, представляющие собой гребенку коммутируемых фильтров на фиксированные полосы частот. При известных преимуществах эти устройства обладают следующими недостатками: большие габариты и вес, низкие технологичность и надежность при недостаточно высокой избирательности.

Наиболее близким к изобретению является многоканальное частотно-селективное устройство, содержащее входную, выходную и общую заземленную клеммы, расположенные на продольной оси симметрии корпуса устройства, в котором размещены первый и второй коммутационные блоки (КБ), каждый из которых состоит из N по числу каналов устройства канальных ключевых элементов (ККЭ) со своими управляющими входами, а между первым и вторым КБ расположен частотно-избирательный блок, состоящий из N канальных полосовых фильтров (КПФ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с центральными частотами f₁, f₂,f_N, каждый из которых содержит пьезоподложку, выполненную в форме прямоугольной пластины с двумя противолежащими базовыми гранями (рабочей и нерабочей), при этом на рабочей грани размещены соответствующие электродные ПАВ структуры, а боковые и торцевые грани всех пьезоподложек расположены соответственно параллельно и перпендикулярно продольной оси симметрии корпуса устройства, входная и выходная клеммы устройства порознь соединены через общую сигнальную шину с входами ККЭ первого КБ и выходами ККЭ второго КБ электрическими шинами первой и второй групп соответственно, а выходы ККЭ первого КБ и входы ККЭ второго КБ порознь соединены с соответствующими входами и выходами КПФ на ПАВ электрическими шинами соответственно третьей и четвертой групп.

Известное устройство, обладая хорошей технологичностью и надежностью, имеет и существенные недостатки. Это, во-первых, ухудшение формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) за счет паразитных реактивностей по входу и выходу между общей сигнальной шиной и общей заземленной клеммой устройства; во-вторых, ухудшение формы АЧХ за счет паразитных реактивностей, проявляющихся в результате увеличения протяженности электрических шин третьей и четвертой групп по мере увеличения центральных частот канальных полосовых фильтров.

Цель изобретения создание многоканального частотно-селективного устройства на ПАВ, обеспечивающего уменьшение искажений АЧХ.

Это достигается тем, что в многоканальном частотно-селективном устройстве на ПАВ, содержащем входную и выходную клеммы, расположенные на продольной оси симметрии корпуса устройства, в котором размещены первый и второй КБ, каждый из которых состоит из N по числу каналов устройства ККЭ со своими управляющими входами, а между первым и вторым КБ расположен частотно-избирательный блок, состоящий из N КПФ на ПАВ с центральными частотами f₁, f₂, f_N, каждый из которых содержит пьезоподложку, выполненную в форме прямоугольной пластины с двумя противолежащими базовыми гранями (рабочей и нерабочей), на рабочей грани размещены соответствующие электродные ПАВ структуры, а боковые и торцевые грани всех пьезоподложек расположены соответственно параллельно и перпендикулярно продольной оси симметрии корпуса устройства, входная и выходная клеммы устройства порознь соединены с входами ККЭ первого КБ и выходами ККЭ второго КБ электрическими шинами первой и второй групп соответственно, а выходы ККЭ первого КБ и входы ККЭ второго КБ порознь соединены с соответствующими входами и выходами КПФ на ПАВ электрическими шинами соответственно третьей и четвертой групп, пьезоподложки всех N КПФ на ПАВ размещены в корпусе устройства последовательно друг за другом с радиально симметрично расположением их торцевых граней и осесимметричным расположением базовых граней относительно продольной оси симметрии корпуса устройства, причем рабочая базовая грань каждой пьезоподложки обращена к соответствующей нерабочей базовой грани соседней с ней пьезоподложки, а геометрические длины электрических шин соответствующих групп с первой по четвертую выбраны из условий = C₁; = C₂ где i 1,2,N целое число номер соответствующего i-го канала многоканального частотно-селективного устройства на ПАВ; С₁, С₂ постоянные численные коэффициенты; L₁⁽ⁱ⁾, L₂⁽ⁱ⁾, L₃^(i), L₄⁽ⁱ⁾ геометрические длины i-х электрических шин соответственно первой, второй, третьей и четвертой групп электрических шин; λ_i длина волны ПАВ на центральной частоте i-го канального фильтра на ПАВ.

Кроме того, нерабочие базовые грани пьезоподложек КПФ на ПАВ могут быть выполнены металлизированными и подсоединены к общей заземленной клемме устройства, а пьезоподложки всех N КПФ на ПАВ могут быть расположены в корпусе устройства друг за другом в порядке возрастания или убывания значений f_i центральных частот реализованных на них КПФ на ПАВ из последовательности f₁, f_N центральных частот АЧХ устройства, при этом продольные размеры боковых граней всех пьезоподложек могут быть выбраны одинаковыми, продольная ось симметрии корпуса устройства является осью симметрии подобия N-го порядка, а углы ϕ_i,i+1 между базовыми гранями соседних пьезоподложек выбраны из соотношения ϕ_i,i+1≅2π/N На фиг. 1 изображено многоканальное частотно-селективное устройство на ПАВ, пример выполнения.

Оно содержит входную 1 и выходную 2 клеммы, расположенные на продольной оси симметрии 3 корпуса устройства, в котором размещены первый КБ 4 и второй КБ 5, каждый из которых состоит из ККЭ 6, а между первым КБ 4 и вторым КБ 5 расположен частотно-избирательный блок 7, состоящий из КПФ на ПАВ, каждый из которых содержит пьезоподложку с двумя противолежащими базовыми гранями (рабочей 8 и нерабочей 9), а боковые 10 и торцевые 11 грани всех пьезоподложек расположены соответственно параллельно и перпендикулярно продольной оси симметрии 3 корпуса устройства. Входная 1 и выходная 2 клеммы устройства порознь соединены с входами ККЭ 6 первого КБ 4 и выходами ККЭ второго КБ 5 электрическими шинами первой 12 и второй 13 групп соответственно, а выходы ККЭ 6 первого КБ 4 и входы ККЭ второго КБ порознь соединены с соответствующими входами и выходами КПФ на ПАВ электрическими шинами с соответственно третьей 14 и четвертой 15 групп. Пьезоподложки всех КПФ на ПАВ размещены в корпусе устройства последовательно друг за другом с радиально симметричным расположением их торцевых граней 11 и осесимметричным расположением базовых граней 8,9 относительно продольной оси симметрии 3 корпуса устройства. Нерабочие базовые грани 9 пьезоподложек КПФ на ПАВ могут быть металлизированными с помощью электродирования и подсоединены к общей шине устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ККЭ 6 первого КБ 4 и второго КБ 5 находятся в разомкнутом состоянии. При подаче сигнала управления на соответствующие управляющиее входы ККЭ 6 первого КБ 4 и второго КБ 5 ККЭ i-го канала устанавливаются в замкнутое состояние. Входной сигнал с входной клеммы 1 поступает через электрическую шину 12 первой группы, замкнутый ККЭ 6 и электрическую шину 14 третьей группы первого КБ 4 на i-й КПФ на ПАВ с центральной частотой f_i, где он проходит частотную селекцию, и далее через аналогичные электрическую шину 15 четвертой группы, замкнутый ККЭ 6 и электрическую шину 13 второй группы второго КБ 5 поступает на выходную клемму 2.

В предложенном многоканальном частотно-селективном устройстве на ПАВ по сравнению с известными устройствами пьезоподложки всех N КПФ на ПАВ размещены последовательно друг за другом с радиально симметричным расположением их торцевых граней 11 и осесимметричным расположением базовых граней 8 и 9 относительно продольной оси симметрии 3 корпуса устройства и в порядке возрастания или убывания значений fi центральных частот АЧХ устройства, причем продольные размеры боковых граней 10 всех пьезоподложек выбраны одинаковыми, а продольная ось симметрии 3 корпуса устройства является осью симметрии подобия N-го порядка, при этом углы ϕ_i,i+1 между базовыми гранями 8 и 9 соседних пьезоподложек выбраны из соотношения ϕ_i,i+1≅2π/N, а геометрические длины электрических шин 12-15 соответствующих групп (с первой по четвертую) выбраны из условий = C₁; = C₂ обеспечивающих минимальную и одинаковую в длинах ПАВ их длину для всех КПФ. В этом случае устраняется общая сигнальная шина и не увеличивается протяженность электрических шин 14, 15 третьей и четвертой групп по мере увеличения центральных частот канальных полосовых фильтров. В результате уменьшаются паразитные реактивности в конструкции, что ведет к снижению искажений АЧХ устройства. Кроме того, искажения АЧХ уменьшаются за счет электродирования (металлизации) нерабочих базовых граней 9 пьезоподложек и подсоединения к их общей заземленной шине устройства за счет экранировки каждой пьезоподложки КПФ одна от другой и уменьшения паразитной связи между соседними КПФ. Следует отметить, что чем меньше длина электрических шин первой и второй групп, тем меньше паразитные реактивности в устройстве и меньше искажения АЧХ. Выполнение углов между базовыми гранями 8 и 9 соседних пьезоподложек по приведенному соотношению позволяет достигнуть минимальных размеров конструкции путем оптимального размещения торцевых граней 11 пьезоподложек по окружности или ее части, что также уменьшает искажения АЧХ за счет минимизации паразитных связей и реактивностей в конструкции устройства.

В конкретном примере реализации частотно-селективного устройства на ПАВ обеспечено перекрытие диапазона 50-80 МГц. Оно содержит 12 каналов с фильтрами на ПАВ, имеющими относительную ширину полосы пропускания по уровню 2 дБ около 5% КПФ выполнены на срезе УХ/64^оLiNbO₃ с самосогласованием. В качестве ККЭ использованы электронные коммутаторы на p-i-n-диодах. Габаритные размеры устройства составили 40х20 мм.

На фиг. 2 представлены сравнительные АЧХ для 12-го канала с f₁₂ 78 МГц устройства-прототипа (16) и предложенного (17). Как видно из графиков, устройство, выполненное согласно изобретению, имеет неравномерность АЧХ в полосе пропускания 5% на 1,5-2 дБ, а вносимые потери на 2 дБ меньше, чем в прототипе. Таким образом, изобретение обеспечивает снижение искажений АЧХ за счет уменьшения паразитных реактивностей в конструкции устройства.

Формула изобретения

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ (ПАВ), содержащее входную и выходную клеммы, расположенные на продольной оси симметрии корпуса устройства, в котором размещены первый и второй коммутационные блоки (КБ), каждый из которых состоит из N по числу каналов устройства канальных ключевых элементов (ККЭ) со своими управляющими входами, а между первым и вторым КБ расположен частотно-избирательный блок, состоящий из N канальных полосовых фильтров (КПФ) с центральными частотами f₁, f₂,f_N, каждый из которых содержит пьезоподложку, выполненную в форме прямоугольной пластины с двумя противолежащими базовыми гранями (рабочей и нерабочей), на рабочей из которых размещены соответствующие электродные ПАВ-структуры, а боковые и торцевые грани всех пьезоподложек расположены соответственно параллельно и перпендикулярно продольной оси симметрии корпуса устройства, входная и выходная клеммы устройства порознь соединены с входами ККЭ первого КБ и выходами ККЭ второго КБ электрическими шинами первой и второй групп соответственно, а выходы ККЭ первого КБ и входы ККЭ второго КБ порозно соединены с соответствующими входами и выходами КПФ на ПАВ электрическими шинами соответственно третьей и четвертой групп, отличающееся тем, что пьезоподложки всех N КПФ на ПАВ размещены в корпусе устройства последовательно одна за другой с радиально симметричным расположением их торцевых граней и осесимметричным расположением их базовых граней относительно продольной оси симметрии корпуса устройства, причем рабочая базовая грань каждой пьезоподложки обращена к соответствующей нерабочей базовой грани соседней с ней пьезоподложки, а геометрические длины электрических шин соответствующих групп с первой по четвертую выбраны из условий
где i 1,2, N целое число номер соответствующего i-го канала многоканального частотно-селективного устройства на ПАВ;
C₁ и C₂ постоянные численные коэффициенты;
L⁽₁ⁱ⁾,L⁽₂ⁱ⁾,L⁽₃ⁱ⁾,L⁽₄ⁱ⁾ геометрические длины i-х электрических шин соответственно первой, второй, третьей и четвертой групп электрических шин;
λ_i длина волны ПАВ на центральной частоте i-го канального фильтра на ПАВ.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нерабочие базовые грани пьезоподложек КПФ на ПАВ выполнены металлизированными и присоединены к общей заземленной клемме устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пьезоподложки всех N КПФ на ПАВ расположены в корпусе устройства одна за другой в порядке возрастания или убывания значений f_i центральных частот реализованных на них КПФ на ПАВ из последовательности f₁,f_N центральных частот АЧХ устройства, причем продольные размеры боковых граней всех пьезоподложек выбраны одинаковыми, а продольная ось симметрии корпуса устройства является осью симметрии подобия N-го порядка, при этом углы ϕ_i,i+1 между гранями соседних пьезоподложек выбраны из соотношения ϕ_i,i+1 ≅ 2π/N.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2