Высокоизбирательный полосовой пьезоэлектрический фильтр
Изобретение относится к радиоэлектронике и использоваться в технике связи и измерительной технике. Технический результат заключается в улучшении характеристик избирательности фильтра и улучшении технологичности его изготовления. Фильтр содержит идентичные по схеме входное и выходное звенья (1, 2), каждое из которых состоит из катушки индуктивности (3), пьезорезонатора (4), а также конденсаторов (5-10). Кроме того, между входным и выходным звеньями включена цепь, состоящая из N пьезорезонаторов, где N=1, 2, 3 - любое целое число, соединенных последовательно, выводы которых через N+1 конденсаторы соединены соответственно с общей шиной. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться при частотной селекции сигналов.
Известен полосовой пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий идентичные по схеме входное и выходное звенья, каждое из которых состоит из катушки индуктивности, к одному из выводов которой подключены пьезоэлектрический резонатор, а к второму выводу подключен второй конденсатор, вторые выводы пьезорезонатора и второго конденсатора соединены. Схема этого фильтра является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком известного устройства является малая избирательность (недостаточно высокие коэффициент прямоугольности и затухание в полосе задерживания). Кроме того, в нем используются катушки индуктивности с отводами и обмоткой связи для согласования фильтра с нагрузками, что в ряде случаев, например, при построении фильтра на частоты выше 50 МГц, не позволяет обеспечить высокие требования к характеристике затухания фильтра (малое вносимое затухание, высокий уровень затухания в полосе задерживания и т.д.), не говоря о технологических трудностях выполнения таких катушек индуктивности с малыми габаритными размерами.
Задача изобретения - улучшение характеристик избирательности фильтра и улучшение технологичности его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что к первому выводу катушки индуктивности входного звена подключен третий конденсатор, второй вывод которого является входом фильтра, ко второму выводу катушки индуктивности входного звена подключен четвертый конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и одновременно с общей шиной, к первому выводу катушки индуктивности выходного звена подключен пятый конденсатор, второй вывод которого является выходом фильтра, к второму выводу катушки индуктивности выходного звена подключен шестой конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора выходного звена и одновременно с общей шиной, при этом вторые выводы пьезорезонаторов входного и выходного звеньев соединены между собой и кроме того, при необходимости дальнейшего увеличения затухания в полосе задерживания фильтра в схему фильтра дополнительно введены третий, четвертый и т.д. пьезорезонаторы, общее число которых равно N, где N=1, 2, 3...- любое целое число, соединенные между собой последовательно, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с первым выводом четвертого пьезорезонатора, второй вывод четвертого пьезорезонатора соединен с первым выводом пятого пьезорезонатора и т.д., при этом все первые выводы дополнительно введенных пьезорезонаторов и второй вывод N-гo пьезорезонатора соединены через дополнительно введенные N+1 конденсаторы с общей шиной, первый вывод первого дополнительно введенного пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора входного звена, а второй вывод N-гo пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора второго звена.
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что к первому выводу катушки индуктивности входного звена подключен третий конденсатор, второй вывод которого является входом фильтра, ко второму выводу катушки индуктивности входного звена подключен четвертый конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и одновременно с общей шиной, к первому выводу катушки индуктивности выходного звена подключен пятый конденсатор, второй вывод которого является выходом фильтра, к второму выводу катушки индуктивности выходного звена подключен шестой конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора выходного звена и одновременно с общей шиной, при этом вторые выводы пьезорезонаторов входного и выходного звеньев соединены между собой, а также тем, что в схему дополнительно введены третий, четвертый и т.д. пьезорезонаторы, общее число которых равно N, где N=1, 2, 3... - любое целое число, соединенные между собой последовательно, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с первым выводом четвертого пьезорезонатора, второй вывод четвертого пьезорезонатора соединен с первым выводом пятого пьезорезонатора и т.д., при этом все первые выводы дополнительно введенных пьезорезонаторов и второй вывод N-гo пьезорезонатора соединены через дополнительно введенные N+1 конденсаторы с общей шиной, первый вывод первого дополнительно введенного пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора входного звена, а второй вывод N-гo пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора второго звена.
При сравнении заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из двух идентичных по электрической схеме входного 1 и выходного 2 звеньев. Каждое из них содержит катушку индуктивности 3, к одному из выводов которой подключены пьезорезонатор 4 и первый конденсатор 5, а ко второму выводу каждой из катушек индуктивности подключен второй конденсатор 6. В схеме содержится также третий конденсатор 7, подключенный к первому выводу катушки индуктивности второго звена и к входной потенциальной клемме фильтра, четвертый конденсатор 8 подключен первым выводом ко второму выводу катушки индуктивности входного звена, второй его вывод подключен ко второму выводу конденсатора 5 входного звена и одновременно к общей шине. Дополнительный пятый конденсатор 9 подключен между первым выводом катушки индуктивности выходного звена 3 и выходной потенциальной клеммой фильтра, дополнительный шестой конденсатор 10 подключен ко второму выводу катушки индуктивности выходного звена и вторым своим выводом подключен ко второму выводу первого конденсатора выходного звена и одновременно к общей шине.
На фиг.2 показана электрическая схема фильтра, отличающаяся от схемы, приведенной на фиг.1 тем, что между входными и выходными звеньями включена цепь, состоящая из N пьезорезонаторов, соединенных последовательно 11, выводы которых через N+1 конденсаторов 12 соединены соответственно с общей шиной.
Устройство работает следующим образом.
Катушка индуктивности 3 входного звена совместно с конденсаторами 5 и 8 эквивалентна при соответствующем выборе их параметров дифференциально-мостовому трансформатору, к выводам которого подключены пьезорезонатор 4 и конденсатор 6. На выходе звена токи, проходящие через пьезорезонатор 4 и конденсатор 6 вычитаются и в целом схема работает аналогично дифференциально-мостовому звену, содержащему в одном плече пьезорезонатор, а во втором - емкость. При этом конденсатор 7 совместно с конденсатором 5 образует емкостной делитель, позволяющий согласовать входное сопротивление входного звена с входным нагрузочным сопротивлением фильтра. В итоге два таких звена реализуют два полюса характеристического затухания и характеристическое сопротивление первого класса.
Включение дополнительных N пьезорезонаторов между входным и выходным звеньями (как показано на фиг.2), которые совместно с конденсаторами 11 образуют N звеньев лестничного типа, позволяет увеличить число полюсов затухания фильтра до N+2 и увеличить при необходимости уровень затухания в полосе задерживания фильтра, при этом лестничные звенья имеют также характеристическое сопротивление первого класса, что позволяет соответствующим выбором эквивалентных индуктивностей пьезорезонаторов фильтра обеспечить полное согласование лестничных звеньев с входным и выходным звеньями во всей полосе пропускания и получить минимальное вносимое затухание фильтра.
В настоящее время по предложенному техническому решению проведены теоретические и экспериментальные исследования, имеется комплект РКД, изготовлены конструктивные макеты фильтров на частоту 65 МГц с полосой пропускания 15 кГц. Фильтр обеспечивает затухание в полосе задерживания более 70 дБ при вносимом затухании менее 4 дБ.
Источник информации
1. Пьезоэлектрические фильтры. Я.И.Великин, З.Я.Гельмонт, Э.В.Зелях. М., "Связь”, 1966, стр. 351, рис.7.1 б.
Формула изобретения
1. Высокоизбирательный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий идентичные по схеме входное и выходное звенья, каждое из которых состоит из катушки индуктивности, к одному из выводов которой подключены пьезорезонатор и первый конденсатор, а ко второму выводу подключен второй конденсатор, вторые выводы пьезорезонатора и второго конденсатора соединены, отличающийся тем, что к первому выводу катушки индуктивности входного звена подключен третий конденсатор, второй вывод которого является входом фильтра, ко второму выводу катушки индуктивности входного звена подключен четвертый конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и одновременно с общей шиной, к первому выводу катушки индуктивности выходного звена подключен пятый конденсатор, второй вывод которого является выходом фильтра, к второму выводу катушки индуктивности выходного звена подключен шестой конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора выходного звена и одновременно с общей шиной, при этом вторые выводы пьезорезонаторов входного и выходного звеньев соединены между собой.
2. Высокоизбирательный полосовой пьезоэлектрический фильтр по п.1, отличающийся тем, что между входным и выходным звеньями включена цепь, состоящая из N пьезорезонаторов, где N=1, 2, 3 - любое целое число, соединенных последовательно, выводы которых через N+1 конденсаторы соединены с общей шиной.
