Фильтр на поверхностных акустических волнах с квазивеерными преобразователями

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фильтрах промежуточных и несущих радиочастот для селекции сигналов в радиотелефонах, пейджерах, мобильных системах связи и т.д. Техническим результатом является уменьшение искажения заданных частотных характеристик и упрощение изготовления фильтров. При подаче электрического сигнала на входной преобразователь, содержащий электроды в пьезоэлектрической подложке, возбуждаются поверхностные акустические волны (ПАВ), которые распространяются в направлении выходного преобразователя, трансформируются на нем в электрический сигнал, выделяющийся в нагрузке. Периоды и ширины электродов изменяются вдоль апертур входного преобразователя. Входной и выходной преобразователи разделены вдоль их апертур на параллельные акустические каналы, число которых в каждом преобразователе выбрано из приведенных соотношений. При этом в каждом акустическом канале электроды размещены перпендикулярно направлению распространения ПАВ, периоды и ширины электродов выполнены постоянными, а апертуры акустических каналов также выбраны из приведенных соотношений. Одноименные электроды соседних акустических каналов электрически связаны между собой соединительными перемычками. Соединительные перемычки выполнены в виде трапеции, прямоугольника или в виде набора прямоугольников, частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов. Разделение входного и выходного преобразователей на ограниченное число акустических каналов в соответствии с изобретением позволяет уменьшить искажения частотных характеристик фильтра на ПАВ и упростить его изготовление. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в устройствах частотной селекции сигналов в мобильных системах связи, радиотелефонах, радиоудлинителях и т.д.

Известен фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрическую подложку, на рабочей поверхности которой размещены входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП) [1, стр. 187]. При этом ВШП имеют регулярную решетку противофазных электродов с постоянным периодом P. В регулярном ВШП период P равен длине волны λ, соответствующей частоте акустического синхронизма или средней частоте f_o= V/P = V/λ, где V - скорость ПАВ. С целью повышения избирательности один из преобразователей может быть выполнен со взвешиванием перекрытия электродов [1, стр. 187], а второй - со взвешиванием путем селективного удаления электродов [1, стр.205] .

Недостатком известного фильтра на ПАВ [1] являются большие искажения Δα и ΔΦ амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик (АЧХ и ФЧХ) в полосе пропускания, обусловленные сигналом тройного прохождения (СТП). СТП в свою очередь вызван отражением ПАВ сначала от электродов выходного ВШП, а затем - от электродов входного ВШП [1, стр. 172-175].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрическую подложку 1, на рабочей поверхности которой размещены входной 2 и выходной 3 преобразователи, образованные перекрывающимися противофазными электродами 4. С целью подавления СТП в широкой полосе частот входной 2 и выходной 3 преобразователи выполнены веерными, то есть противофазные возбуждающие электроды 4 каждого из преобразователей размещены под углом α по направлению распространения ПАВ (фиг. 1а). При этом в каждом преобразователе 2, 3 угол α наклона электродов изменяется влево и вправо от центра преобразователя от α = 0° до α = ±α_max, где α_max< 10-15°, а период электродов P_i, и ширины электродов b_i, изменяются вдоль апертур W_I, и W_O входного и выходного преобразователя соответственно от P_min до P_max и от b_min до b_max [2, фиг. 1]. Для обеспечения однонаправленности излучения ПАВ в преобразователи 2, 3 могут быть введены отражающие электроды 5 (фиг. 1б). Характерной особенностью фильтров на ПАВ с использованием веерных преобразователей является нежелательный наклон АЧХ в полосе пропускания [3, фиг. 6] , компенсировать который приходится за счет применения изогнутых электродов [2, фиг. 1a].

Основным недостатком известного фильтра является сложность его изготовления. Оборудование для изготовления фотошаблонов (оптические генераторы изображения, электронно-лучевые установки и т.д.) имеет дискретное перемещение исполнительных механизмов. Поэтому при изготовлении фотошаблонов наклонные электроды приходится разбивать на 500-1000 фрагментов, что пропорционально увеличивает число фото-экспозиций оборудования и увеличивает время изготовления фотошаблона до 8-12 часов.

Необходимость использования криволинейных электродов еще более усложняет изготовление фотошаблона.

Другим недостатком известного фильтра на ПАВ является низкая точность воспроизведения заданных частотных характеристик: большие искажения Δα и ΔΦ заданных АЧХ и ФЧХ в полосе пропускания и низкие избирательность и коэффициент прямоугольности АЧХ.

Эти недостатки обусловлены тем, что наклонные электроды излучают и, соответственно, принимают ПАВ под углом к продольной от оси фильтра [4, стр. 261-264] . Кроме того, частотные характеристики (избирательность и коэффициент прямоугольности АЧХ) фильтра ухудшаются из-за дифракционного расхождения пучка ПАВ и отклонения потока энергии от продольной оси фильтра [4, стр. 187-200].

Взаимосвязанными техническими задачами, решаемыми в изобретении, являются повышение точности воспроизведения заданных частотных характеристик фильтра на ПАВ и упрощение его изготовления.

Поставленные задачи решаются тем, что в фильтре на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащем пьезоэлектрическую подложку, на рабочей поверхности которой размещены входной и выходной преобразователи, образованные перекрывающимися противофазными (возбуждающими или возбуждающими и отражающими) электродами, периоды и ширины которых изменяются вдоль апертур преобразователей. Входной и выходной преобразователи разделены вдоль их апертур на параллельные акустические каналы, число которых выбрано из соотношений BW/(TBW+1)≅M_I<100, BW/(TBW+1)≅M_O < 100, где M_I и M_O - число акустических каналов во входном и выходном преобразователях соответственно, BW - ширина полосы пропускания фильятра, TBW - ширина переходной полосы фильтра. При этом в каждом акустическом канале электроды размещены перпендикулярно направлению распространения ПАВ, периоды и ширины электродов выполнены постоянными, а апертуры акустических каналов выбраны из соотношений λ_i/2 < A_i< W₁/2, λ_m/2 < A_m< W_o/2 где i = 1, 2, 3,...,М_I и m = 1, 2, 3,...,М_O текущие номера акустических каналов во входном и выходном преобразователях, A_i и A_m - апертуры i-го и m-го акустического каналов во входном и выходном преобразователях, λ_i и λ_m - длины ПАВ, соответствующие периодам электродов i-го и m-го акустического каналов, W_I и W_O - апертуры соответственно входного и выходного преобразователей. Одноименные электроды соседних акустических каналов электрически связаны между собой соединительными перемычками, протяженности δA_i и δA_m которых вдоль апертур преобразователей выбраны из соотношений A_i/50 < δA_i< A_i/10 и A_m/50 < δA_m< A_m/10, при этом расстояние L_i между центрами соответствующих акустических каналов выбрано из соотношения L_i = L_0i+(ΔΦ_i/2π)•λ_i, где n = 0,1,2,3,..., целое число, L_0i - расстояние между центрами акустических каналов во входном и выходном преобразователях, соответствующее заданной фазочастотной характеристике фильтра, ΔΦ_i - требуемая величина коррекции искажения фазочастотной характеристики i-го канала.

В первом варианте фильтра соединительные перемычки выполнены в виде трапеций, частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов.

Во втором варианте фильтра соединительные перемычки выполнены в виде одиночных прямоугольников, также частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов.

В третьем варианте соединительные перемычки выполнены в виде набора прямоугольников, сдвинутых относительно друг друга вдоль направления распространения ПАВ и также частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов. При этом число К прямоугольников в наборе выбрано из соотношения 1 ≅ K ≅ (V•L_λI,O/2•δl)•(Δf_i•λ_i/f²_i), где Δf_i = f_i-f_i+1 ≈ BW/(M_I,O-1) - разница средних частот соседних акустических каналов, электроды которых соединяются перемычкой, f_i = V/λ_i и f_i+1 = V/λ_i+1 - средние частоты соседних i-го и (i+1)-го акустических каналов, V - скорость ПАВ, L_λI,O - протяженность входного или выходного преобразователя в длинах волн, δl - сдвиг между соседними прямоугольниками вдоль направления распространения ПАВ.

В результате входной и выходной преобразователи имеют ступенчатые электроды, периоды P_i и P_m и ширины b_i, и b_m которых изменяются от ступени к ступени вдоль апертур W_I и W_O преобразователей. Такие преобразователи могут быть названы квазивеерными преобразователями со ступенчатыми электродами. При этом каждая ступень соответствует акустическому каналу.

В общем случае число М_I и М₀ акустических каналов во входном и выходном преобразователях и их протяженности L_λI,O могут быть неодинаковыми.

Но в подавляющем же числе случаев W_I = W_O = W, i = m, М_I = М_O, P_i = P_m, b_i = b_m, L_λI= L_λO. На фиг. 1 представлен известный фильтр на ПАВ с веерными преобразователями, содержащими только возбуждающие наклонные электроды (фиг. 1 а) или возбуждающие и отражающие наклонные электроды (фиг. 1б).

На фиг. 2 представлен предлагаемый фильтр с квазивеерными преобразователями, имеющими только возбуждающие ступенчатые электроды (фиг. 2а), или возбуждающие и отражающие ступенчатые электроды (фиг. 2б).

На фиг. 3 представлен предлагаемый фильтр для случая, когда число акустических каналов во входном и выходном преобразователях выбрано неодинаковым.

На фиг. 4 показаны варианты выполнения соединительных проводящих перемычек: фиг. 4а - в виде трапеции, фиг. 4б - в виде одиночного прямоугольника, фиг. 4в - в виде набора прямоугольников, сдвинутых вдоль направления распространения ПАВ.

На фиг. 5 показан механизм формирования частотной характеристики фильтра на ПАВ как суперпозиции частотных характеристик суб-фильтров, образованных соответствующими акустическими каналами во входном и выходном преобразователях.

На фиг. 6 представлена зависимость неравномерности амплитудно-частотной характеристики фильтра на ПАВ от числа акустических каналов (при относительной полосе пропускания фильтра BW/F₀=20%).

На фиг. 7 показан пример экспериментальных АЧХ или фильтра-прототипа (кривая 1) и предлагаемого фильтра на ПАВ (кривая 2).

Предлагаемый фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) содержит пьезоэлектрическую подложку 1, на рабочей поверхности которой размещены входной 2 и выходной 3 преобразователи, образованные перекрывающимися противофазными (возбуждающими 4 или возбуждающими 4 и отражающими 5) электродами, периоды P_i, и P_m и ширины b_i и b_m которых изменяются вдоль апертур W_I и W_O соответственно входного 2 и выходного 3 преобразователей. Входной 2 и выходной 3 преобразователи разделены вдоль их апертур на параллельные акустические каналы 6, 7, число которых в каждом преобразователе выбрано из соотношений BW/(TBW+1)≅M_I < 100; (1) BW/(TBW+1)≅M_O < 100,
где M_I и М_O - число акустических каналов 6 и 7 во входном 2 и выходном 3 преобразователях соответственно, BW - ширина полосы пропускания фильтра, TBW - ширина переходной полосы фильтра. При этом в каждом акустическом канале 6, 7 электроды 4, 5 размещены перпендикулярно направлению распространения ПАВ, периоды P_i, P_m и ширины b_i, b_m электродов выполнены постоянными, а апертуры акустических каналов выбраны из соотношений
λ_i/2 < A_i< W_I/2; (2)
λ_m/2 < A_m< W_O/2,
где i = 1,2,3,...,M_I и m = 1,2,3,...,М_O - текущие номера акустических каналов 6, 7 во входном 2 и выходном 3 преобразователях, A_i и A_m - апертуры i-го и m-го акустического каналов во входном и выходном преобразователях, λ_i и λ_m - длины ПАВ, соответствующие периодам P_i и P_m электродов i-го и m-го акустических каналов 6, 7, W_I и W_O - апертуры соответственно входного 2 и выходного 3 преобразователей. Одноименные электроды 4 соседних акустических каналов 6 и 7 электрически связаны между собой соединительными перемычками 8, протяженности δA_iи δA_m которых вдоль апертур W_O и W_I преобразователей 2, 3 выбраны из соотношений
A_i/50 < δA_i< A_i/10 и A_m/50 < δΑ_m< A_m/10, (3)
при этом расстояние L_i между центрами соответствующих акустических каналов выбрано из соотношения
L_i = L_0i+(ΔΦ_i/2π)•λ_i,
где L_0i - расстояние между центрами акустических каналов в входном и выходном преобразователях, соответствующее заданной фазочастотной характеристике фильтра, ΔΦ_i - требуемая величина коррекции искажения фазочастотной характеристики i-го канала.

В соответствии с первым вариантом фильтра на ПАВ проводящие перемычки 8 выполнены в виде трапеций, частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов 6, 7.

В соответствии со вторым вариантом фильтра на ПАВ проводящие перемычки 8 выполнены в виде наклонных прямоугольников, частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов 6, 7.

В соответствии с третьим вариантом фильтра на ПАВ проводящие перемычки 8 выполнены в виде набора прямоугольников, сдвинутых относительно друг друга вдоль направления распространения ПАВ и частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов 6, 7.

При этом число К прямоугольников в наборе выбрано из соотношения
1 ≅ K ≅ (V•L_λ/2•δl)•(Δf_i•λ_i/f²_i),
где Δf_i = f_i-f_i+1≈ BW/(M_I,O-1) - разница средних частот соседних акустических каналов, электроды которых соединяются перемычкой,
f_i = V/λ_i и f_i+1= V/λ_i+1 - средние частоты соседних i-го и (i+1)-го акустических каналов,
λ_i и λ_i+1 - длины волн, соответствующие средним частотам f_i и f_i+1 акустических каналов,
V - скорость ПАВ,
L_λI,O - протяженность входного 2 или выходного 3 преобразователя в длинах волн,
δl - сдвиг между соседними прямоугольниками вдоль направления распространения ПАВ.

В общем случае число акустических каналов 6 и 7 во входном 2 и выходном 3 преобразователях может быть выбрано неодинаковым, то есть М_I ≠ M_O. Кроме того, число электродов во входном и выходном преобразователях также может быть неодинаковым, то есть L_λI≠ L_λO. Но в большинстве случаев М_I = М_O = М, W_I = W_O = W, i = m, f_i = f_m.

Предлагаемый фильтр на ПАВ работает следующим образом (фиг. 2 и фиг. 3). При подаче электрического сигнала от внешнего генератора (на фиг. 2 и 3 условно не показан) входной преобразователь 2 возбуждает пучок ПАВ, распространяющийся в пьезоэлектрической подложке 1 в направлении выходного преобразователя 3. Последний преобразует принятые ПАВ в электрический сигнал, выделяющийся на внешней нагрузке R_L (на фиг. 2 и 3 условно не показана). В соответствии с изобретением преобразователи 2, 3 вдоль их апертур W_I и W_O разделены на параллельные акустические каналы 6, 7 с номерами i = 1,2,3,..., М_I, и m = 1,2,3,...,M_O.

Для простоты рассмотрим случай, когда число М_I акустических каналов 6 во входном преобразователе выбрано равным числу акустических каналов в выходном преобразователе 4, то есть М_I = М_O = М, i = m, P_i = P_m, b_i = b_m.

Кроме того, будем считать апертуры входного и выходного преобразователей также одинаковы, то есть W_I = W_O = W.

Поскольку периоды P_i и P_m и ширины b_i и b_m электродов в пределах каждого акустического канала 6, 7 в соответствии с изобретением выбраны постоянными, то пара соответствующих акустических каналов 6, 7 образует сравнительно узкополосный суб-фильтр со средней частотой f_i = V/P_i = V/λ_i, где V-скорость ПАВ, λ_i/- длина ПАВ, соответствующая периоду P_i электродов и частоте акустического синхронизма f_i в i-м канале, являющейся средней частотой канала.

В результате фильтр на ПАВ в целом может быть представлен в виде совокупности из М электрически параллельно соединенных суб-фильтров, а передаточная функция фильтра для случая М_I = М_O = М, i = m, W_I = W_O = W, может быть записана в виде суперпозиции передаточных функций соответствующих суб-фильтров (фиг. 5)

где HI_i(f) и HO_i^*(f) - передаточные функции соответственно входного 6 и выходного 7 акустических каналов,
(^*) - знак комплексного сопряжения,
f_i^1/2 - коэффициент, учитывающий зависимость эффективности возбуждения ПАВ от частоты,
(A_i/W) - коэффициент, учитывающий весовой вклад акустического канала 6 или 7 с апертурой A_i в частотную характеристику преобразователей 2 или 3 с апертурами W_I = W_O = W соответственно,
β = 2π/λ_i= 2πf/V - фазовая постоянная,
L_0i - расстояние между центрами акустических каналов 6 и 7 (фиг. 2 и 3), относящихся к одному суб-фильтру и определяющее заданную ФЧХ суб-фильтра.

Механизм формирования АЧХ фильтра путем суперпозиции АЧХ суб-фильтров, разнесенных по частоте относительно друг друга на Δf_i = f_i-f_i+1, показан на фиг. 5. При этом АЧХ фильтра имеет заданную полосу пропускания BW и две переходные полосы TBW. Ширина одной из переходных полос определяется шириной полосы пропускания самого низкочастотного суб-фильтра i = 1, а ширина второй переходной полосы - шириной полосы пропускания самого высокочастотного фильтра i = М.

В общем случае средняя частота F₀ фильтра может совпадать с одной из средних частот акустических каналов.

В случае сложной формы заданной фазочастотной характеристики фильтра на ПАВ расстояние между центрами одноименных i = m акустических каналов 6 и 7 может быть переменным, то есть L_0i = var. При одинаковом числе каналов М_O = М_I = М во входном 6 и выходном 7 преобразователях передаточная функция фильтра на ПАВ будет

где τ_i(f) = L_0i/V - время задержки ПАВ для i-го канала.

При заданной линейной фазе фильтра на ПАВ расстояние между центрами преобразователей 6 и 7 будет
L_i = L_o= const и τ_i(f) = τ₀= L₀/V, (6)
где τ_o - постоянная запаздывания. Поэтому изменение фазы соседних i-го и (i+1)-го акустических каналов относительно друг друга будет

то есть

При проектировании фильтра на ПАВ в полосе пропускания обычно возникают отклонения ΔΦ_i реализуемой фазы Θ_P(f_i) от заданной фазы Θ_S(f_i), то есть ΔΦ_i = Θ_P(f_i)-Θ_S(f_i), например, из-за дифракционного расхождения пучка ПАВ или отклонения потока энергии. Эти искажения фазы компенсируются согласно изобретению путем изменения расстояния L_i между центрами акустических каналов 6, 7, выбираемого из соотношения
L_i = L_0i+(ΔΦ_i/2π)•λ_i (9)
Натурные и машинные эксперименты показывают, что оптимальное число акустических каналов в предлагаемом фильтре на ПАВ, позволяющее воспроизвести заданные частотные характеристики с точностью, заведомо лучшей, чем для фильтра-прототипа, составляет 10<М<30 и 10<М<30 при относительных полосах пропускания фильтра BW<0,6%. При относительных полосах BW<0,2% возможно уменьшение числа каналов до М_I<5 и М_O<5.

Для примера на фиг. 6 показана зависимость неравномерности Δα АЧХ и относительной ширины переходной полосы TBW от числа М = М_O = М_I акустических каналов с относительной полосой пропускания BW=20%.

Нижний предел апертуры акустического канала δA_i> λ_i/2 обусловлен необходимостью сохранения плоского фронта ПАВ в пределах акустического канала с малым перекрытием электродов [4, стр. 187-200]. Верхний предел апертуры канала δA_i < W/2 обусловлен минимальным количеством М = 2 акустических каналов в предлагаемом квазивеерном преобразователе.

С точки зрения функционирования предложенного фильтра на ПАВ разделение преобразователей на акустические каналы и введение соединительных перемычек приводит к результатам двоякого рода.

С одной стороны, в области расположения соединительных перемычек 8 не происходит синхронного сложения излучаемых ПАВ из-за различного наклона перемычек 8 по отношению к направлению распространения ПАВ. Это вызывает дополнительные потери на излучение ПАВ. Но выбор протяженностей перемычек из соотношений A_i/50 < δA_i< A_i/10 и A_m/50 < δA_m< A_m/10 делает эти дополнительные потери пренебрежимо малыми.

С другой стороны, использование акустических каналов с регулярно расположенными электродами позволяет приблизить условия распространения ПАВ в этих каналах к условиям распространения ПАВ в регулярных волноводах. Последние условия обеспечивают концентрацию энергии ПАВ в пределах канала, что уменьшает вносимые потери и искажения частотных характеристик фильтра, связанные с дифракционной расходимостью пучка ПАВ [4, стр. 187-200] в фильтре-прототипе, что улучшает избирательность фильтра и коэффициент прямоугольности АЧХ.

Кроме того, размещение электродов в акустических каналах предлагаемого фильтра перпендикулярно направлению распространения ПАВ позволяет уменьшить паразитное взаимодействие соседних (вдоль апертуры) областей преобразователей, возникающее из-за дифракционного отклонения потока энергии ПАВ и дополнительного наклона фронта излучаемых ПАВ в фильтре-прототипе с веерными преобразователями. Промежуточные коммутационные слои между акустическими каналами, занятые соединительными перемычками, являются дополнительными акустическими барьерами для ПАВ, отклоняющихся от распространения вдоль продольной оси фильтра, что и способствует лучшей акустической изоляции соседних каналов и уменьшению искажения частотных характеристик, связанных с дифракционным расхождением пучка ПАВ и отклонением потока энергии ПАВ.

Перечисленные свойства позволяют также улучшить избирательность фильтра и коэффициент прямоугольности заданной АЧХ. Различные варианты выполнения соединительных перемычек в виде трапеций, прямоугольников или набора прямоугольников позволяет улучшить работу промежуточного слоя как акустического барьера.

При заданной длине подложки (или преобразователей) предложенный фильтр обеспечивает меньшие искажения частотных характеристик в полосе пропускания, лучшую избирательность и лучший коэффициент прямоугольности АЧХ по сравнению с прототипом.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить достижения первой цели изобретения - улучшения точности воспроизведения заданных частотных характеристик.

Дополнительным преимуществом предложенного фильтра является тот факт, что при одинаковом с прототипом коэффициенте прямоугольности АЧХ предложенный фильтр будет иметь более короткие преобразователи и подложку меньшей длины.

Достижение второй взаимосвязанной цели изобретения: упрощение изготовления фильтра, - решается следующим образом.

Во-первых, благодаря размещению электродов перпендикулярно направлению распространения ПАВ и разделению преобразователей на М =10-30 акустических каналов, то есть благодаря использованию ступенчатых электродов (фиг. 2 и 3) вместо наклонных электродов (фиг. 1), в предлагаемом фильтре отсутствует необходимость разделения каждого электрода на 500-1000 фрагментов при изготовлении фотошаблона на оборудовании с дискретным перемещением исполнительных механизмов.

Во-вторых, благодаря выполнению электродов с постоянным периодом и шириной возможно изготовление акустических каналов предлагаемого фильтра путем мультиплицирования повторяющихся элементарных фрагментов (секций) вместо индивидуального пофрагментного изготовления каждого электрода в фильтре-прототипе.

В-третьих, выполнение соединительных перемычек согласно изобретению позволяет обойтись одной экспозицией (перемычки в виде трапеции при прямоугольниках, фиг. 4а, б) и 3-5 экспозициями (перемычки в виде набора сдвинутых прямоугольников, фиг. 4в) при изготовлении промежуточного коммутационного слоя на фотошаблоне предлагаемого фильтра.

В результате время изготовления фотошаблона предлагаемого фильтра уменьшается в 3-8 раз по сравнению с временем изготовления фильтра-прототипа.

Пример 1. На фиг. 7 изображены АЧХ (то есть фильтра со средней частотой F₀=128 MHz и полосой пропускания BW3=30,0 MHz. Кривая 1 соответствует фильтру-прототипу с веерными преобразователями, имеющими наклонные электроды с переменными периодом и шириной. Кривая 2 соответствует предлагаемому фильтру с квазивеерными преобразователями, имеющими по M_I= M_O=15 акустических каналов с регулярными ступенчатыми электродами. Из сравнения видно, что в фильтре, изготовленном в соответствии с изобретением, меньше искажения АЧХ, связанные с дифракцией ПАВ: пульсации АЧХ в полосе пропускания уменьшились с 1,5 дБ для прототипа до 0,6 дБ в предлагаемом фильтре; избирательность в полосе заграждения улучшилась на 3-8 дБ, коэффициент прямоугольности улучшился с К_п(40/3 дБ)= 1,5 до К_п=1,4. При этом время изготовления фотошаблона уменьшилось с 12 часов (прототип) до 3 часов (предлагаемый фильтр).

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить достижение взаимосвязанных целей изобретения: повышение точности воспроизведения заданных частотных характеристик и упрощение изготовления фильтров на ПАВ.

ЛИТЕРАТУРА
1. Д.Морган. "Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах". М.:, Радио и связь, 1990 г., 415 стр.

2. L.Solie, "Weighted tapered SPUDT SAW device". Заявка PCT WO 97/10646, H 03 H 9/145, 9/02, опубликована 20 марта 1997 г.

3. L. Solie, "Tapered transducers-design and application", Proc. IEEE 1998 Ultrasonics Symposium, pp.27-37, Senday, Japan, 1998 г.

4. Орлов B. C., Бондаренко В.С. "Фильтры на поверхностных акустических волнах". М.: Радио и связь, 1981 г., 274 стр.

Формула изобретения

1. Фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрическую подложку, на рабочей поверхности которой размещены входной и выходной преобразователи, образованные перекрывающимися противофазными возбуждающими или возбуждающими и отражающими электродами, периоды и ширины которых изменяются вдоль апертур преобразователей, отличающийся тем, что электроды входного и выходного преобразователей выполнены ступенчатыми и размещены перпендикулярно направлению распространения ПАВ, при этом периоды и ширины электродов изменяются от ступени к ступени вдоль апертур преобразователей, а в пределах каждой ступени, соответствующей параллельному акустическому каналу, периоды и ширины электродов выполнены постоянными, при этом число параллельных акустических каналов выбрано из соотношений
BW/(TBW+1) ≅ M_I < 100,
BW/(TBW+1) ≅ M_O < 100,
где М_I и М_O - число акустических каналов во входном и выходном преобразователях соответственно;
BW - ширина полосы пропускания фильтра;
TBW - ширина переходной полосы фильтра,
а апертуры акустических каналов выбраны из соотношений
λ_i/2<A<W/2,
λ_m/2<A<W/2,
где i = 1,2,3...M_I и m = 1,2,3... М_O - текущие номера акустических каналов во входном и выходном преобразователях;
А_i и А_m - апертуры i-го и m-го акустического каналов во входном и выходном преобразователях;
λ_i и λ_m - длины ПАВ, соответствующие периодам электродов i-го и m-гo акустического каналов;
W_I и W_O - апертуры соответственно входного и выходного преобразователей,
при этом одноименные электроды соседних акустических каналов электрически связаны между собой соединительными перемычками, протяженности δA_i и δA_m которых вдоль апертур преобразователей выбраны из соотношений
A_i/50<δA_i<A/10 и A_m/50<δA_m<A/10,
при этом расстояние L_i между центрами соответствующих акустических каналов во входном и выходном преобразователях выбрано из соотношения
L_i = L_0i+(Δφ_i/2π)•λ_i,
где L_0i - расстояние между центрами акустических каналов во входном и выходном преобразователях, соответствующее заданной фазочастотной характеристике фильтра;
Δφ_i - требуемая величина коррекции искажения фазoчастотной характеристики i-го канала.

2. Фильтр на ПАВ по п.1, отличающийся тем, что проводящие перемычки выполнены в виде трапеций, частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов.

3. Фильтр на ПАВ по п.1, отличающийся тем, что проводящие перемычки выполнены в виде наклонных прямоугольников, частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов.

4. Фильтр на ПАВ по п.1, отличающийся тем, что соединительные перемычки выполнены в виде набора прямоугольников, сдвинутых друг относительно друга вдоль направления распространения ПАВ и частично перекрывающих соединяемые одноименные электроды соседних акустических каналов, при этом число прямоугольников в наборе выбрано из соотношения
1≅K≅(V•L_λI,O/2•δl)•(Δf_i•λ_i/f²_i),
где Δf_i = f_i-f_i+1 ≈ BW/(M_I,O-1) - разница средних частот соседних акустических каналов, электроды которых соединяются перемычкой;
f_i = V/λ_i и f_i+1 = V/λ_i+1 - средние частоты соседних i-го и (i+l)-го акустических каналов;
V - скорость ПАВ;
L_λI,O - протяженность входного или выходного преобразователя в длинах волн;
δl - сдвиг между соседними прямоугольниками в наборе вдоль направления распространения ПАВ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7