Полосовой пьезоэлектрический фильтр с комплексными нагрузками

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в трактах промежуточных частот радиоприемных устройств. Технический результат заключается в уменьшении деформирования частотной характеристики фильтра. Фильтр содержит индуктивности (1, 5), пьезоэлектрические резонаторы (ПР) (2, 6), конденсаторы (3, 4, 7-13). В том случае, когда требуется получить более широкие полосы пропускания, параллельно конденсаторам (4) и (8) включаются соответствующие ПР. Для узкополосных фильтров высокого порядка между ПР (2) и (6) включаются лестничные звенья из последовательно соединенных ПР и подключенных к выводам ПР конденсаторов, соединенных с общей шиной. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в трактах промежуточных частот (ПЧ) радиоприемных устройств.

В современных профессиональных радиоприемных устройствах в трактах ПЧ используются, как правило, полосовые кварцевые фильтры, обладающие высокой временной и температурной стабильностью, малыми потерями в полосе пропускания и обеспечивающие высокий уровень затухания в полосе задерживания. Одна из схем такого фильтра приведена в работе [1] стр.124, рис.3.10, она является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.

Эта схема позволяет достаточно точно реализовать все требуемые электрические параметры в том случае, когда фильтр на входе и выходе нагружен на активные сопротивления. В то же время часто требуется согласовывать фильтр с комплексными нагрузками, в частности с нагрузками, представленными параллельным соединением резистора и конденсатора.

Недостатком известной схемы является то, что при введении в состав нагрузок емкостной составляющей может значительно деформироваться частотная характеристика фильтра (ухудшается неравномерность, коэффициент передачи, затухание в полосе задерживания).

Задачей изобретения является создание пьезоэлектрического фильтра, обеспечивающего необходимые требования при заданных комплексных значениях нагрузочных эквивалентов.

Поставленная задача решается тем, что в фильтре, содержащем первую индуктивность с отводом, соединенным с общей шиной, к первому потенциальному выводу которой подключен первый пьезоэлектрический резонатор и первый конденсатор, а второй потенциальный вывод первой индуктивности соединен с первым выводом второго конденсатора, вторые выводы первого пьезоэлектрического резонатора и второго конденсатора соединены между собой, кроме того фильтр содержит вторую индуктивность с отводом, соединенным с общей шиной, к первому потенциальному выводу которой подключен второй пьезоэлектрический резонатор и третий конденсатор, а второй потенциальный вывод второй индуктивности подключен к первому выводу четвертого конденсатора, причем вторые выводы второго пьезоэлектрического резонатора и четвертого конденсатора соединены между собой, к первому потенциальному выводу первой индуктивности подключен пятый конденсатор, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, первый потенциальный вывод второй индуктивности через шестой конденсатор соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, при этом вторые выводы первого и второго пьезоэлектрического резонатора подключены к первому выводу седьмого конденсатора второй вывод которого соединен с общей шиной, вторые выводы первого и третьего конденсаторов соединены с общей шиной, кроме того, к входной потенциальной клемме фильтра подключен восьмой конденсатор, к выходной клемме фильтра подключен девятый конденсатор, вторые выводы восьмого и девятого конденсаторов подключены к общей шине.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое технической решение отличается от прототипа тем, что в устройство введены новые связи элемента: к первому потенциальному выводу первой индуктивности подключен пятый конденсатор, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, первый потенциальный вывод второй индуктивности через шестой конденсатор соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, при этом вторые выводы первого и второго пьезоэлектрического резонатора подключены к первому выводу седьмого конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, вторые выводы первого и третьего конденсаторов соединены с общей шиной, кроме того, к входной потенциальной клемме фильтра подключен восьмой конденсатор, к выходной клемме фильтра подключен девятый конденсатор, вторые выводы восьмого и девятого конденсаторов подключены к общей шине.

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными решениями в науке и технике, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На фиг.1а приведена электрическая схема предложенного устройства. Фильтр состоит из первой индуктивности 1, имеющей отвод, соединенный с общей шиной, первого пьезоэлектрического резонатора 2, соединенного с первым потенциальным выводом первой индуктивности и первым конденсатором 3, второй вывод которого подключен к общей шине, ко второму потенциальному выводу первой индуктивности подключен второй конденсатор 4, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого пьезоэлектрического резонатора, фильтр содержит также вторую индуктивность 5, имеющую отвод, соединенный с общей шиной, к первому потенциальному выводу которой подключены второй пьезоэлектрический резонатор 6 и третий конденсатор 7, второй вывод которого подключен к общей шине, ко второму потенциальному выводу второй индуктивности подключен четвертый конденсатор 8, второй вывод которого соединен со вторым выводом второго пьезоэлектрического резонатора, к первому потенциальному выводу первой индуктивности подключен пятый конденсатор 9, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, к первому выводу второй индуктивности подключен шестой конденсатор 10, второй вывод которого соединен с выходной клеммой фильтра, вторые выводы первого 2 и второго 6 пьезоэлектрических резонаторов подключены к первому выводу седьмого конденсатора 11, второй вывод которого соединен с общей шиной, между входной клеммой фильтра и общей шиной включен восьмой конденсатор 12, а между выходной потенциальной клеммой и общей шиной подключен девятый конденсатор 13.

Фильтр работает следующим образом. Схема, представленная на фиг.1а, если не учитывать подключенных к ней конденсаторов 9, 10, 11, 12, 13, представляет собой двухзвенный полосовой фильтр, каждому звену которого можно поставить в соответствие симметричный мостовой эквивалент, в одной паре ветвей которого включены пьезоэлектрические резонаторы, а во второй конденсаторы [1]. Подключив последовательно с резонаторами и конденсаторами две емкости равной величины, одна из которых будет положительной, а другая отрицательной, вынесем из мостовой схемы емкости, имеющие положительный знак, а оставшиеся отрицательные емкости объединим соответственно с резонатором и емкостью ветвей мостовой схемы. В случае, когда значение отрицательной емкости С больше, чем значение параллельной статической емкости резонатора и больше номинала емкости, включенной в противоположной паре ветвей мостового эквивалента, получим новые реализуемые значения параметров резонатора и емкости исходной схемы. Частота последовательного резонанса пьезоэлектрического резонатора будет определяться выражением

а его динамическая индуктивность будет равна

где

f_q - частота последовательного резонанса исходного пьезоэлектрического резонатора;

С_р - статическая емкость резонатора;

С - динамическая емкость резонатора;

С_н - величина последовательно подключенной отрицательной емкости;

- отношение отрицательной и статической емкостей.

В дальнейшем вынесенная из мостовой схемы последовательная емкость С_н и часть емкости С₀, включенной параллельно с катушкой индуктивности, образует цепь, которая при подключении к ней идеального трансформатора (см. фиг.2а) может быть заменена при использовании известного преобразования Нортона [2] цепью, показанной на фиг.2б.

На фиг.2 представлена часть схемы со стороны выходной нагрузки. При этом коэффициент трансформации определяется выражением , а величины С₁ и С₂ рассчитываются по формулам

С₁=С_н+С₀,

Таким образом, выделяя из первоначальной схемы последовательные конденсаторы С_н, а затем подбирая необходимую для согласования фильтра с нагрузкой величину емкости С₀, заменяя далее цепочку конденсаторов С_н и С₀ на цепь, состоящую из конденсаторов С₁ и С₂, а также переходя от мостовой схемы каждого из звеньев к их дифференциально-мостовым эквивалентам, получим схему, показанную на фиг.1а.

Можно отметить, что получающаяся Т-образная схема, состоящая из трех конденсаторов, включенных между первым и вторым звеном фильтра, как правило, может быть заменена одним конденсатором. Следовательно, предлагаемая схема фильтра эквивалентна схеме выбранного прототипа и отличается тем, что позволяет согласовать исходный фильтр с комплексными нагрузками, не деформируя при этом частотную характеристику фильтра.

В том случае, когда требуется получить более широкие полосы пропускания, параллельно конденсаторам 4 и 8 включаются пьезорезонаторы (см. схему, показанную на фиг.1б).

Для узкополосных фильтров высокого порядка между первым и вторым звеньями могут быть включены лестничные звенья, как показано на фиг.1в. Первое и последнее звенья фильтра служат при этом для обеспечения согласования с заданными комплексными нагрузками.

Источники информации

1. Великий Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. - М.: Связь, 1966.

2. Пшесмыцкий О. Проектирование электрических лестничных фильтров. - М.: Связь, 1968.

Формула изобретения

1. Полосовой пьезоэлектрический фильтр с комплексной нагрузкой, содержащий первую индуктивность с отводом, соединенным с общей шиной, к первому потенциальному выводу которой подключен первый пьезоэлектрический резонатор и первый конденсатор, а второй потенциальный вывод первой индуктивности соединен с первым выводом второго конденсатора, вторые выводы первого пьезоэлектрического резонатора и второго конденсатора соединены между собой, кроме того, фильтр содержит вторую индуктивность с отводом, соединенным с общей шиной, к первому потенциальному выводу которой подключен второй пьезоэлектрический резонатор и третий конденсатор, а второй потенциальный вывод второй индуктивности подключен к первому выводу четвертого конденсатора, причем вторые выводы второго пьезоэлектрического резонатора и четвертого конденсатора соединены между собой, отличающийся тем, что к первому потенциальному выводу первой индуктивности подключен пятый конденсатор, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, первый потенциальный вывод второй индуктивности через шестой конденсатор соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, при этом вторые выводы первого и второго пьезоэлектрических резонаторов подключены к первому выводу седьмого конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, вторые выводы первого и третьего конденсаторов соединены с общей шиной, кроме того, к входной потенциальной клемме фильтра подключен восьмой конденсатор, к выходной клемме фильтра подключен девятый конденсатор, вторые выводы восьмого и девятого конденсаторов подключены к общей шине.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что параллельно второму конденсатору подключен третий пьезоэлектрический резонатор, а параллельно четвертому конденсатору подключен четвертый пьезоэлектрический резонатор.

3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что между вторыми выводами первого и второго пьезоэлектрических резонаторов включена дополнительная цепь, состоящая из N последовательно включенных пьезоэлектрических резонаторов, при этом к каждому из выводов пьезоэлектрических резонаторов, входящих в дополнительную цепь, подключен соответствующий конденсатор, вторые выводы этих конденсаторов соединены с общей шиной.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4