патенты

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для селекции радиосигналов во входных каскадах радиоприемных устройств. Технический результат состоит в создании многоканального фильтра на ПАВ, обеспечивающего уменьшенные искажения АЧХ. Для этого в многоканальном фильтре на ПАВ, имеющем входную и выходную клеммы, входной и выходной коммутаторы, каждый из которых состоит из N по числу каналов фильтра ключей со своими управляющими входами, частотно-избирательный блок с усилителем, расположенный между входным и выходным коммутаторами и состоящий из N каналов, каждый из которых содержит входной и выходной фильтры на ПАВ, канальные входной и выходной ключи со своими управляющими входами, электрические шины первой и второй групп, причем входная клемма соединена с входами ключей входного коммутатора, а выходная клемма соединена с выходами ключей выходного коммутатора, в частотно-избирательный блок введены N-1 усилителей, причем в каждом канале частотно-избирательного блока вход усилителя соединен с выходом входного фильтра на ПАВ электрической шиной первой группы, а выход усилителя соединен со входом выходного фильтра на ПАВ электрической шиной второй группы, вход канального входного ключа соединен с выходом соответствующего ключа входного коммутатора, а выход канального входного ключа соединен со входом входного фильтра на ПАВ, вход канального выходного ключа соединен с выходом выходного фильтра на ПАВ, а выход канального выходного ключа соединен со входом соответствующего ключа выходного коммутатора. В этом случае не увеличивается протяженность электрических шин первой и второй групп по мере увеличения числа каналов и центральных частот входных и выходных фильтров на ПАВ. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2333596

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для селекции радиосигналов во входных каскадах радиоприемных устройств.

Известны многоканальные фильтры, выполненные на LC контурах и состоящие из гребенки коммутируемых фильтров на фиксированные центральные частоты [1]. При известных положительных эффектах эти устройства обладают следующими недостатками: недостаточная избирательность, большие габариты и вес, низкие технологичность и надежность.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому фильтру является многоканальный фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [2] (Фиг.1), имеющий входную 1 и выходную 2 клеммы, входной 3 и выходной 4 коммутаторы, каждый из которых состоит из N по числу каналов фильтра ключей 5 со своими управляющими входами, частотно-избирательный блок 6 с усилителем 7, расположенный между входным 3 и выходным 4 коммутаторами и состоящий из N каналов, каждый из которых содержит входной 8 и выходной 9 фильтры на ПАВ, канальные входной 10 и выходной 11 ключи со своими управляющими входами, причем входная клемма 1 соединена с входами ключей 5 входного коммутатора 3, а выходная клемма 2 соединена с выходами ключей 5 выходного коммутатора 4, вход усилителя 7 соединен с выходами канальных входных ключей 10 электрическими шинами 12 первой группы, а выход усилителя 7 соединен со входами канальных выходных ключей 11 электрическими шинами 13 второй группы, в каждом канале частотно-избирательного блока 6 вход канального входного ключа 10 соединен с выходом входного 8 фильтра на ПАВ, вход которого соединен с выходом соответствующего ключа 5 входного коммутатора 3, выход канального выходного ключа 11 соединен со входом выходного 9 фильтра на ПАВ, выход которого соединен со входом соответствующего ключа 5 выходного коммутатора 4.

Известное устройство, обладая хорошей технологичностью и надежностью, имеет и существенные недостатки. Это ухудшение формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) за счет паразитных реактивностей, появляющихся в результате увеличения протяженности электрических шин 12, 13 первой и второй групп по мере увеличения числа каналов фильтра и центральных частот входных 8 и выходных 9 фильтров на ПАВ.

Задача изобретения - создание многоканального фильтра на ПАВ, обеспечивающего уменьшенные искажения АЧХ.

Сущность изобретения заключается в том, что в многоканальном фильтре на ПАВ, имеющем входную и выходную клеммы, входной и выходной коммутаторы, каждый из которых состоит из N по числу каналов фильтра ключей со своими управляющими входами, частотно-избирательный блок с усилителем, расположенный между входным и выходным коммутаторами и состоящий из N каналов, каждый из которых содержит входной и выходной фильтры на ПАВ, канальные входной и выходной ключи со своими управляющими входами, электрические шины первой и второй групп, причем входная клемма соединена с входами ключей входного коммутатора, а выходная клемма соединена с выходами ключей выходного коммутатора, в частотно-избирательный блок введены N-1 усилителей, причем в каждом канале частотно-избирательного блока вход усилителя соединен с выходом входного фильтра на ПАВ электрической шиной первой группы, а выход усилителя соединен со входом выходного фильтра на ПАВ электрической шиной второй группы, вход канального входного ключа соединен с выходом соответствующего ключа входного коммутатора, а выход канального входного ключа соединен со входом входного фильтра на ПАВ, вход канального выходного ключа соединен с выходом выходного фильтра на ПАВ, а выход канального выходного ключа соединен со входом соответствующего ключа выходного коммутатора.

На Фиг.2 изображен многоканальный фильтр на ПАВ, пример выполнения. Многоканальный фильтр имеет входную 1 и выходную 2 клеммы, входной 3 и выходной 4 коммутаторы, каждый из которых состоит из N по числу каналов фильтра ключей 5 со своими управляющими входами, частотно-избирательный блок 6, расположенный между входным 3 и выходным 4 коммутаторами и состоящий из N каналов, каждый из которых содержит входной 7 и выходной 8 фильтры на ПАВ, канальные входной 9 и выходной 10 ключи со своими управляющими входами. Входная клемма 1 соединена со входами ключей 5 входного коммутатора 3, а выходная клемма 2 соединена с выходами ключей 5 выходного коммутатора 4. Каждый канал частотно-избирательного блока 6 фильтра содержит усилитель 11, причем вход усилителя 11 соединен с выходом входного 7 фильтра на ПАВ электрической шиной 12 первой группы, а выход усилителя 11 соединен со входом выходного 8 фильтра на ПАВ электрической шиной 13 второй группы, вход канального входного ключа 9 соединен с выходом соответствующего ключа 5 входного коммутатора 3, а выход канального входного ключа 9 соединен со входом входного 7 фильтра на ПАВ, вход канального выходного ключа 10 соединен с выходом выходного 8 фильтра на ПАВ, а выход канального выходного ключа 10 соединен со входом соответствующего ключа 5 выходного коммутатора 4.

Каждый канал частотно-избирательного блока 6 со своими входным 7 и выходным 8 фильтрами на ПАВ, канальными входным 9 и выходным 10 ключами, усилителем 11 может быть выполнен в отдельном корпусе в виде миниатюрного модуля с минимальными соединительными проводниками.

Многоканальный фильтр работает следующим образом.

В исходном состоянии ключи 5 входного 3 и выходного 4 коммутаторов, канальные входной 9 и выходной 10 ключи находятся в разомкнутом состоянии. При подаче сигнала управления на соответствующие управляющие входы ключей 5 входного 3 и выходного 4 коммутаторов, канальных входного 9 и выходного 10 ключей i-го канала ключи 5 входного 3 и выходного 4 коммутаторов, канальные входной 9 и выходной 10 ключи i-го канала устанавливаются в замкнутое состояние.

Входной сигнал с входной клеммы 1 через замкнутый соответствующий ключ 5 входного коммутатора 3, замкнутый канальный входной ключ 9 поступает на входной 7 фильтр на ПАВ с центральной частотой f_i, где он проходит частотную селекцию и далее через электрическую шину 12 первой группы, усилитель 11, электрическую шину 13 второй группы, выходной 8 фильтр на ПАВ с центральной частотой f_i, где он проходит дополнительную частотную селекцию, замкнутый канальный выходной ключ 10, замкнутый соответствующий ключ 5 выходного коммутатора 4 поступает на выходную клемму 2.

В предложенном многоканальном фильтре на ПАВ по сравнению с известными устройствами в частотно-избирательный блок 6 введены N-1 усилителей 11, причем в каждом канале частотно-избирательного блока 6 вход усилителя 11 соединен с выходом входного 7 фильтра на ПАВ электрической шиной 12 первой группы, а выход усилителя 11 соединен со входом выходного 8 фильтра на ПАВ электрической шиной 13 второй группы, вход канального входного ключа 9 соединен с выходом соответствующего ключа 5 входного коммутатора 3, а выход канального входного ключа 5 соединен со входом входного 7 фильтра на ПАВ, вход канального выходного ключа 10 соединен с выходом выходного 8 фильтра на ПАВ, а выход канального выходного ключа 10 соединен со входом соответствующего ключа 5 выходного коммутатора 4. В этом случае не увеличивается протяженность электрических шин 12, 13 первой и второй групп по мере увеличения числа каналов и центральных частот входных 7 и выходных 8 фильтров на ПАВ. В результате уменьшаются паразитные реактивности в конструкции, что ведет к снижению искажений АЧХ многоканального фильтра на ПАВ.

Предлагаемое техническое решение прошло экспериментальную проверку. Многоканальный фильтр перекрывал диапазон частот 186-216 МГц и содержал 16 каналов с фильтрами на ПАВ с относительной шириной полосы пропускания по уровню - 2 дБ около 1,5%. Фильтры на ПАВ выполнены на срезе YX/128°LiNbO₃ .

В качестве ключей входного и выходного коммутаторов, канальных входных и выходных ключей использовались бескорпусные p-i-n диоды 2А536-А5, 2А543-А5. Для усилителя использовались миниатюрные малошумящие SiGe транзисторы SGA 8343. Каждый канал частотно-избирательного блока со своими входным и выходным фильтрами на ПАВ, канальными входным и выходным ключами и усилителем был выполнен в отдельном корпусе для поверхностного монтажа DLCC 10/10-1 размерами 16×7,3×2,6 мм в виде миниатюрного модуля с минимальными соединительными проводниками, в частности, с минимальными протяженностями электрических шин первой и второй групп. Габаритные размеры многоканального фильтра составили 100×60×9 мм.

Известное устройство-прототип имело габариты 250×180×17 мм. (Использовалась двухсторонняя печатная плата с 8-ю каналами на каждой стороне.) На Фиг.3 показана нормированная АЧХ известного устройства при включении по порядку всех 16-ти каналов. Диапазон перекрываемых частот 186-216 МГц. На Фиг.4 представлена измеренная нормированная АЧХ предлагаемого многоканального фильтра при включении по порядку всех 16-ти каналов. Как видно из графиков, предложенный фильтр имеет подавление около 90 дБ для всех каналов. Известное устройство имеет наилучшее подавление около 80 дБ для первого канала. По мере увеличения числа каналов и центральных частот фильтров идет ухудшение избирательности (подъем АЧХ) до 70 дБ в центре перекрываемого диапазона. Таким образом, предлагаемый фильтр обладает уменьшенными искажениями АЧХ за счет уменьшения паразитных реактивностей в конструкции.

Применение подобного многоканального фильтра на ПАВ для входных цепей радиоприемных устройств позволит улучшить чувствительность и избирательность приемного тракта, а также его массогабаритные характеристики.

В настоящее время по данному техническому решению имеются лабораторные образцы и конструкторская документация. Проводятся испытания, по завершению которых предлагаемое техническое решение будет использовано во вновь разрабатываемой аппаратуре связи.

Источники информации

1. В.Н.Голубев, "Эффективная избирательность радиоприемных устройств". М.: Связь, 1978 г., с.27.

2. Shitang He, Honglang Li, Shunzhou Li, Shu Xie, "Low Loss and High Stopband Rejection Switchable SAW Filter Bank", Proc. of 2002 IEEE Ultrasonics Symposium, pp.184-187.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многоканальный фильтр на ПАВ, имеющий входную и выходную клеммы, входной и выходной коммутаторы, каждый из которых состоит из N по числу каналов фильтра ключей со своими управляющими входами, частотно-избирательный блок с усилителем, расположенный между входным и выходным коммутаторами и состоящий из N каналов, каждый из которых содержит входной и выходной фильтры на ПАВ, канальные входной и выходной ключи со своими управляющими входами, электрические шины первой и второй групп, причем входная клемма соединена с входами ключей входного коммутатора, а выходная клемма соединена с выходами ключей выходного коммутатора, при этом управляющие входы всех ключей соединены между собой, отличающийся тем, что в частотно-избирательный блок введены N-1 усилителей, причем в каждом канале частотно-избирательного блока вход усилителя соединен с выходом входного фильтра на ПАВ электрической шиной первой группы, а выход усилителя соединен со входом выходного фильтра на ПАВ электрической шиной второй группы, вход канального входного ключа соединен с выходом соответствующего ключа входного коммутатора, а выход канального входного ключа соединен со входом входного фильтра на ПАВ, вход канального выходного ключа соединен с выходом выходного фильтра на ПАВ, а выход канального выходного ключа соединен со входом соответствующего ключа выходного коммутатора.

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано в качестве высокочастотных (10 МГц - 1 ГГц) перестраиваемых по частоте фильтров на ПАВ с применением при изготовлении устройств радиосвязи и обработки сигналов. Техническим результатом является возможность перестройки резонансной частоты фильтра на ПАВ. Фильтр содержит пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на поверхности широкополосными преобразователями, между которыми в приповерхностном слое звукопровода расположена фотоиндуцированная периодическая структура. Данная структура обладает резонансными свойствами, определяемыми периодом структуры. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2351063

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано в качестве высокочастотных (10 МГц - 1 ГГц) перестраиваемых по частоте фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с применением при изготовлении устройств радиосвязи и обработки сигналов.

Известны конструкции импедансных фильтров на ПАВ, содержащих в своем составе встречно-штыревые преобразователи (ВШП), расположенные на поверхности пьезоэлектрического звукопровода (Багдасарян А.С., Карапетьян Г.Я. Импедансные фильтры на поверхностных акустических волнах. М.: Изд. Международная программа образования, 1998; Гуляев Ю.В., Багдасарян А.С. Фильтры на поверхностных акустических волнах // Радиотехника, 2003, №8, с.15). Необходимые предельные характеристики таких фильтров, как частотная селекция, коэффициент прямоугольности, уровень вносимого затухания, достигаются путем оптимизации топологии входного и выходного ВШП, или введения других дополнительных элементов между ВШП. Для повышения частотного диапазона фильтров на ПАВ до 1-2 ГГц предложено использовать гармоники основной частоты, обычно не превышающей 100 МГц. Недостатком таких фильтров является невозможность перестройки резонансной частоты на более чем 1% от основной частоты, а также большие потери на преобразование при использовании высших гармоник.

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены входной ВШП и выходной ВШП, между которыми расположена встречно-штыревая структура, состоящая из гребенки однофазных штыревых электродов и системы противофазных ей электрически изолированных друг от друга парциальных гребенок штыревых электродов (патент РФ №2242838, 20.12.2004, МПК Н03Н 9/64). Такая дополнительная система из ВШП позволяет изменять параметры частотной характеристики фильтра.

Недостатком этого изобретения является то, что ПАВ фильтр не обладает возможностью частотной перестройки более 1% от основной частоты.

Как показал проведенный патентный поиск, не установлено конструкций фильтров на ПАВ с более широким диапазоном частотной перестройки.

Задачей данного изобретения является создание акустического фильтра на ПАВ с перестраиваемой частотой.

Технический результат достигается тем, что в фильтре на поверхностных акустических волнах, содержащем пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на поверхности входным и выходным широкополосными преобразователями, между преобразователями в приповерхностном слое пьезоэлектрического звукопровода выполнена фотоиндуцированная периодическая структура, обладающая требуемой резонансной частотой.

Процесс фотоиндуцированного формирования периодической структуры состоит в лазерном облучении поверхности монокристалла, обладающего сильным пьезоэффектом и одновременно акустофоторефрактивным эффектом. Для формирования данной периодической структуры используется пространственное чередование интенсивности в оптическом пучке (светлые и темные полосы), образующееся при интерференции двух пучков от одного и того же лазера. Под действием лазерного пучка с интерференционной структурой в приповерхностном слое на глубину до 0,5 мм образуется периодическая структура, состоящая из слоев, подвергнутых и не подвергнутых лазерному воздействию.

Такая периодическая структура обладает резонансными свойствами на частотах f _m

V - скорость ПАВ;

m=1, 2, 3, ... n;

d - период структуры.

Таким образом, возможна работа фильтра как в отражающих, так и в пропускающих режимах.

Коэффициент отражения от структуры в резонансе составляет

где N - число периодов структуры;

 V/V - периодическое относительное изменение скорости ПАВ от слоя к слою в структуре.

Относительное изменение скорости ПАВ в оптически облученных слоях может достигать значений 10 ^-4-10^-3 по сравнению с необлученными слоями. Период такой структуры, т.е. сумма ширин облученного и необлученного слоев, определяется углом между интерферирующими лазерными пучками и может варьироваться в пределах от 0,2 мкм до 100 мкм, таким образом, перекрывая диапазон частот ПАВ в соответствии с выражением (1) от десятков мегагерц до гигагерц. Стирание ранее сформированной структуры осуществляется путем ее облучения однородным по площади пучком того же лазера. Перестройка резонансной частоты фильтра осуществляется путем стирания ранее сформированной структуры в приповерхностном слое звукопровода и формирования новой структуры с требуемой резонансной частотой. При этом спектр резонансных частот будет определяться требуемым частотным диапазоном широкополосного входного и выходного преобразователей.

На чертеже представлен фильтр на поверхностных акустических волнах, включающий:

1 - пьезоэлектрический звукопровод;

2 - входной широкополосный преобразователь;

3 - выходной широкополосный преобразователь;

4 - фотоиндуцированная периодическая структура.

Устройство работает следующим образом.

Входной радиочастотный сигнал поступает на вход 1 устройства и затем в виде акустического сигнала распространяется через периодическую структуру 4. В зависимости от соотношения между периодом структуры и частотой сигнала он либо отражается от структуры и попадает на входной преобразователь 2, либо поступает на выходной преобразователь 3.

Как показали проведенные авторами эксперименты, путем изменения структуры интерферирующего лазерного пучка было возможно формирование структуры в приповерхностном слое монокристалла ниобата лития на глубину до 0,3 мм и периодом от 7 мкм до 50 мкм, что перекрывает диапазон частот ПАВ 1 ГГц - 30 МГц. Периодические структуры формировались интерферирующим пучком второй гармоники лазера на иттрий-алюминиевом гранате (0,53 мкм) за 60-100 с. Мощность импульсов составляла порядка 1 ГВт при длительности 40 нс.

Периодическая структура была устойчива к изменениям температуры в диапазоне 0-100°С, воздействию внешних электрических полей до 10 ⁶ В/м и к распространяющимся акустическим сигналам. Стирание ранее сформированной периодической структуры происходило только при воздействии однородного по структуре пучка того же лазера за 200-150 с.

В ходе экспериментов было установлено отражение импульсов ПАВ, генерируемых и детектируемых широкополосными преобразователями на резонансных частотах в диапазоне 50-300 МГц. Коэффициент относительного отражения для ПАВ составлял порядка 0,3 для 200 периодов структуры.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фильтр на поверхностных акустических волнах, содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на поверхности входным и выходным широкополосными преобразователями, отличающийся тем, что между преобразователями в приповерхностном слое звукопровода выполнена фотоиндуцированная периодическая структура с требуемой резонансной частотой.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигнала. Техническим результатом является получение улучшенной избирательности фильтра, уменьшение искажений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) без увеличения вносимых потерь. Фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) содержит пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого размещены в одном акустическом канале центральный встречно-штыревой преобразователь (ВШП) - секционный, подсоединенный к входной клемме, и два идентичных однородных боковых ВШП, расположенных симметрично относительно центрального и подсоединенных к выходной клемме. Фильтр характеризуется тем, что электроды центрального и боковых ВШП шириной /4, где - длина волны, и высотой 0,12÷0,15 мкм «утоплены» в канавки звукопровода, выполненные глубиной 0,1÷0,12 мкм, боковые ВШП - однородные, а центральный ВШП выполнен в виде набора 1+2N секций - средней и 2N боковых, симметричных ей, длина М _о средней секции и длина М_n каждой боковой секции в длинах волн , выбраны из соотношений:

; 2M_n M_o,

где f_o - центральная частота АЧХ; f' - заданная полоса фильтра; число n, определяющее фазу каждой боковой секции относительно средней секции в центральном ВШП, выбрано из соотношения: n 2М_о. При этом приведено соотношение, из которого определена огибающая АЧХ центрального ВШП. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2340080  

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигналов.

Известен фильтр на ПАВ (Патент США №4074321, 1977), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на котором расположены входной и выходной каналы, каждый из которых содержит боковые встречно-штыревые преобразователи (ВШП), расположенные симметрично вокруг центрального ВШП, электрически соединенного с центральным ВШП другого канала. В точке соединения ВШП подключена согласующая индуктивность. Недостатком известного фильтра на ПАВ являются большие вносимые потери (ВП), неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), наличие согласующих элементов.

Известен самосогласованный (не нуждающийся в элементах согласования) фильтр ПАВ (патент РФ №2117383, 1998), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого размещен во входном и выходном каналах центральный ВШП, выполненный фазовзвешенным, и два идентичных боковых ВШП, выполненных однонаправленными на основе U-образных многополосковых отверстий (МПО), размещенных симметрично относительно центрального ВШП. При этом центральные фазовзвешенные ВШП входного и выходного каналов электрически соединены между собой. В обоих каналах центральные ВШП выполнены с фазовым взвешиванием по функции Хемминга и содержат в каждом поперечном сечении N _o=1,5/k² пар электродов, что обеспечивает в точке соединения ВШП режим самосогласования - компенсацию статической емкости ВШП реактивной проводимостью излучения акустической волны.

Данное техническое решение позволяет, по сравнению с аналогом снизить ВП, улучшить формулу АЧХ за счет применения боковых однонаправленных ВШП. Кроме того, конструкция фильтра позволяет обойтись без согласующих индуктивностей за счет обеспечения самосогласования в точке соединения центральных ВШП.

Однако достигнутый уровень неравномерности АЧХ ограничен топологией фильтра. Известно, что главной причиной неравномерности АЧХ в полосе пропускания является высокий уровень сигнала тройного прохождения (СТП), обусловленный сильными отражениями ПАВ от всех ВШП фильтра при их неидеальном самосогласовании и неидеальной однонаправленности боковых ВШП.

Акустические волны, излученные боковыми ВШП, частично отражаются от центрального ВШП (из-за неидеального его согласования с центральным ВШП выходного канала), затем отражаются от боковых ВШП (из-за их неидеальной однонаправленности) и через время, равное утроенной задержке, попадают на центральный ВШП входного канала.

Уменьшить отражения от однонаправленных ВШП с МПО возможно, применив безотражательные ВШП на основе U-образного МПО. Конструктивно он аналогичен однонаправленному ВШП с U-образным МПО. Смещение ВШП внутри МПО выбирается таким образом, чтобы акустические волны, отраженные от ВШП, взаимно компенсировались. Но при этом увеличиваются ВП, поскольку нарушается условие однонаправленности. Уменьшить отражения от центральных ВШП возможно за счет улучшения их самосогласования, выполнив их без фазового взвешивания. Но при этом ухудшается избирательность фильтра. Уменьшение искажений (неравномерности) частотной характеристики без увеличения вносимых потерь и ухудшения избирательности обеспечено в фильтре на ПАВ (патент РФ №2157046, 2000, взят в качестве прототипа) содержащем пьезоэлектрический звукопровод, на котором размещены в одном акустическом канале центральный фазовзвешенный встречно-штыревой преобразователь (ВШП), подключенный к выходной клемме фильтра, и два идентичных боковых однонаправленных ВШП, на основе U-образных многополосковых ответвителей, размещенных симметрично относительного центрального ВШП и подключенных параллельно к входной клемме фильтра. При этом боковые ВШП выполнены с заданным коэффициентом металлизации, шагом расстановки электродов, числом пар электродов. Центральный фазовзвешенный ВШП выполнен с минимальными шагом расстановки электродов, коэффициентом металлизации, максимальной протяженностью, определенным числом пар электродов в каждом поперечном сечении, выбранным из определенных соотношений, обеспечивающих меньшие искажения (неравномерность) частотной характеристики без увеличения вносимых потерь и ухудшения избирательности за счет уменьшения уровня отражения сигналов.

Задачей изобретения является получение улучшенной избирательности, уменьшение искажений АЧХ фильтра без увеличения вносимых потерь.

Поставленная задача решается тем, что в фильтре на ПАВ, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого размещены в одном акустическом канале центральный, подключенный к входной клемме фильтра, встречно-штыревой преобразователь (ВШП) - секционный, и два идентичных однородных боковых ВШП, расположенных симметрично относительно центрального и подсоединенных к выходной клемме фильтра, согласно предложению электроды центрального и боковых ВШП выполнены шириной  /4 и высотой 0,12÷0,15 мкм и «утоплены» в канавки звукопровода, выполненные глубиной 0,1÷0,12 мкм, а центральный ВШП выполнен в виде набора 1+2N секций, средней и 2N симметричных ей боковых; длина М_о средней секции, длина М_n каждой боковой секции выбраны из соотношений:

  2M_n М_о,

где f_o - центральная частота АЧХ фильтра;

 f' - заданная полоса фильтра.

Число n, определяющее фазу каждой боковой секции относительно средней в центральном ВШП, выбрано из соотношения:

n 2М_о,

при этом огибающая АЧХ центрального ВШП определена из соотношения:

где H(f) - огибающая АЧХ;

М _о, M_n - длины средней и боковых секций в длинах волн,  ;

f_o - центральная частота АЧХ фильтра;

 f - отстройка от центральной частоты;

n - фазовое число.

Техническим результатом является уменьшение искажений частотной характеристики без увеличения вносимых потерь и ухудшений избирательности фильтра.

Выполнение штырей и канавок в заданных соотношениях обеспечивает компенсацию переотражений Брегга, т.е. сигнал тройного прохождения в данной конфигурации фильтра определяется только величиной амплитуды волны, рассеянной в объем звукопровода.

Результаты многочисленных теоретических исследований, подтвержденных экспериментально, позволили дать соотношения по выбору числа и длин секций, фазовых соотношений между секциями центрального ВШП, а также огибающей АЧХ фильтра, расчет которой выполнен с применением функции, представленной в виде суммы АЧХ 1+2N секций среднего и 2N боковых секций центрального ВШП и однородных боковых симметричных ВШП.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого фильтра; на фиг.2 - АЧХ фильтра с минимальной амплитудной неравномерностью  на фиг.3 - АЧХ фильтра с максимальной амплитудной неравномерностью  на фиг.4 - АЧХ фильтра с трансформацией поверхностной волны в объемную 

Фильтр на ПАВ (фиг.1) содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, на котором размещены в одном акустическом канале центральный ВШП 2, выполненный фазовзвешенным и подсоединенный к входной клемме, и два идентичных однородных боковых ВШП 3, размещенных симметрично относительно центрального ВШП 2, подключенных к входной клемме фильтра.

Для обеспечения минимальных искажений вершины АЧХ фильтра алюминиевые (Al) электроды ВШП толщиной 0,15 мкм и шириной  /4 ( - длина волны) «утоплены» в канавки, выполненные на пьезоэлектрическом (SiO₂) звукопроводе, глубина канавки, выбранная равной h 0,1÷0,12 мкм, компенсирует волну Брега и обеспечивает минимальное значение трехзаходного сигнала, амплитуда которого определяется только волной, рассеянной в объем. Центральный ВШП выполнен в виде набора 1+2N секций - средней и 2N боковых, ей симметричных. Длина М_осредней секции, длина М_n каждой боковой секции выбраны из соотношений

  2M_n М_о,

где f_o - центральная частота АЧХ;

 f' - заданная полоса фильтра.

Число n, определяющее фазу каждой боковой секции относительно средней в центральном ВШП, выбрано из соотношения

n 2М_о,

при этом огибающая АЧХ центрального ВШП определена из соотношения

где  f - отстройка от центральной частоты;

n - фазовое число.

Амплитуда трехзаходного сигнала оценивалась соотношением

где  - периодическая неоднородность, где h - глубина канавки,  - длина волны Релея;

где К - волновое число волны Релея,

К _L - волновое число объемной продольной акустической волны;

K_t - волновое число объемной поперечной волны;

Д'_к - производная дисперсионного определителя волны Релея;

K - волновое число;

 и  - постоянные Ламе.

Для получения однозначной корреляции геометрических параметров предлагаемого фильтра с утоплением Al-металлизации в вытравленных в кварце канавках при заявленных соотношениях использовались образцы фильтра с предварительно измеренными АЧХ. Топология фильтра изготавливалась методом самосовмещения с применением взрывной фотолитографии и ионного травления кварца на глубину до 0,250 мкм. Особенности вертикальной геометрии структуры и тенденций поведения АЧХ изучались при послойном и полном удалении Al-штырей.

На фиг.2, 3, 4 приведены сравнительные АЧХ предлагаемого фильтра.

Исследования показали, что АЧХ вблизи центральной частоты f_o имеет минимальную амплитудную неравномерность (0,3-0,4 дБ) при  h_Al=0,1÷0,12 мкм, что подтверждено экспериментально и формулой (2), т.к. множитель  определяет коэффициент отражения Брега, который мал вследствие взаимной компенсации коэффициентов отражения канавки SiO ₂ и выступа Al, а множитель

 т.к. K>>K_t для h _SiO2 0,1 мкм (фиг.2).

При  скорость волны Релея уменьшается и на частотах справа от f_o (фиг.4) появляется область с большими, порядка 3 дБ, амплитудными пульсациями, т.е. начинается рассеяние в объем. При  частота, при которой начинается рассеяние в объем (вследствие еще большего уменьшения скорости волны), сдвигается влево от f_o и занимает всю полосу.

Таким образом, исследованием заявленных структур установлена размерность неоднородностей (канавки SiO₂и выступы Al), а также количество секций, их размер и фазовые соотношения между ними в центральном секционном ВШП, позволяющие обеспечить минимум изрезанности АЧХ и улучшения избирательности фильтра (фиг.2).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого размещены в одном акустическом канале центральный секционный встречно-штыревой преобразователь и два идентичных однородных боковых встречно-штыревых преобразователей, расположенных симметрично относительно центрального, отличающийся тем, что электроды центрального и боковых встречно-штыревых преобразователей выполнены шириной  /4, где  - длина волны, и высотой 0,12÷0,15 мкм и «утоплены» в канавки звукопровода, выполненные глубиной 0,1÷0,12 мкм, а центральный встречно-штыревой преобразователь выполнен в виде набора 1+2N секций - средней и 2N боковых, ей симметричных; длина М_о средней секции и длина М _n каждой боковой секции в длинах волн  выбраны из соотношений:

  2M_n M_o,

где f_o - центральная частота амплитудно-частотной характеристики;

 f' - заданная полоса фильтра;

число n, определяющее фазу каждой боковой секции относительно средней в центральном встречно-штыревом преобразователе, выбрано из соотношения n 2М_о,

при этом огибающая амплитудно-частотной характеристики центрального встречно-штыревого преобразователя определена из соотношения

где  f - отстройка от центральной частоты.