ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С УВЕЛИЧЕННЫМ ПОДАВЛЕНИЕМ СИГНАЛА ТРОЙНОГО ПРОХОЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах частотной селекции радиосигнала, в частности, в полосовых фильтрах на поверхностных акустических волнах (ПАВ).
В результате несогласованности ПАВ фильтра с внешними нагрузками возникают волны, отраженные от преобразователей. Известно, что наибольшие искажения характеристик фильтра вызывают сигналы тройного прохождения (СТП), отраженные сначала от выходного, а затем от входного встречно-штыревого преобразователя (ВШП).
Для уменьшения уровня СТП применяют последовательное соединение двух фильтров, расположенных в разных акустических каналах на одном или разных звукопроводах [1]. Каждый фильтр образован передающим и приемным ВШП, а расстояния между ВШП выбраны из условия L1=nλ и L2=nλ-λ/4.
Недостатком такой структуры является увеличение вносимого затухания в полосе пропускания.
Известно также, что для уменьшения СТП используют фильтры с расщепленными электродами и амплитудной аподизацией (изменением величины перекрытия электродов по апертуре), в которых применяется методика компенсации искажений, вызванных отражениями из-за СТП, по которой реализовываются частотные характеристики с предыскажениями, противофазными пульсациям из-за отражений [2].
Недостатком этой методики является сложность расчета влияния СТП на величину искажений и способ компенсации. Если искажения, вызванные отражениями, невозможно компенсировать по данной методике, необходимо изменять конструкцию ВШП или фильтра в целом.
Известна структура полосового фильтра ПАВ [3], содержащая пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на его поверхности в общем акустическом потоке общим входным и двухсекционным выходным преобразователями. Обе секции выходного преобразователя расположены на одинаковом расстоянии от входного преобразователя и выполнены с противофазным включением, причем выходной сигнал снимается только с одной из частей выходного преобразователя. Другая часть выходного преобразователя нагружена на нагрузку, эквивалентную рабочей нагрузке. При условии, что рабочая нагрузка равна эквивалентной нагрузке вторичные волны, отраженные от обеих частей входного преобразователя, равны по амплитуде и противоположны по фазе. Тогда суммарный паразитный сигнал, выделяющийся на входном преобразователе, равен нулю.
Недостатком этого фильтра ПАВ является увеличение вносимого затухания в полосе пропускания и сложность выполнения эквивалентной нагрузки равной по величине рабочей нагрузке.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является структура преобразователей поверхностных акустических волн для уменьшения СТП [4]. В данной структуре используются двухсекционные преобразователи, которые расположены в параллельных акустических каналах. Одна из секций выходного преобразователя сдвинута относительно другой на величину, λ/6. Сигналы тройного прохождения, распространяясь по двум каналам, достигают выходного преобразователя в противофазе и компенсируются.
Проведенные автором эксперименты позволили выявить, что недостатком вышеназванной структуры является получение фазового сдвига менее 60° (уменьшение до 54°) и, соответственно, не полное подавление сигнала тройного прохождения.
Технический результат полезной модели - получение фазового сдвига 60° между выходными каналами устройства для основного задержанного сигнала и 180° для сигнала тройного прохождения При этом достигается подавление сигнала тройного прохождения до уровней менее минус 60 дБ при вносимом затухании около 14-16 дБ.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтре на ПАВ, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, на рабочей поверхности которого нанесены два акустических канала и на краях - поглотитель ПАВ. Акустические каналы размещены параллельно друг другу. Каждый из акустических каналов содержит входной и выходной ВШП, между которыми расположен экранирующий элемент. Входные и, соответственно, выходные ВШП включены электрически параллельно. При этом входные ВШП обоих каналов расположены зеркально относительно друг друга, а расположение выходных ВШП отличается от зеркального смещением на λ/(6-Δ), где величина Δ≤0,6.
Для пояснения структуры описываемого фильтра представлены следующие чертежи:
на фиг.1 - структура фильтра на ПАВ;
на фиг.2 - фрагменты топологии входного и выходного ВШП;
на фиг.3 - амплитудно-частотная характеристика фильтра;
на фиг.4 - преобразование Фурье от амплитудно-частотной характеристики фильтра во временную характеристику.
Структура фильтра (фиг.1) представляет собой пьезоэлектрический звукопровод 1, на рабочей поверхности которого нанесены два акустических канала «А», «В» и на краях - поглотитель ПАВ 7. Акустические каналы «А» и «В» размещены параллельно друг другу. Каждый из акустических каналов содержит входной 2, 4 и выходной 3, 5 ВШП, между которыми расположен экранирующий элемент 6. Входные 2, 4 и, соответственно, выходные 3, 5 ВШП включены электрически параллельно. При этом входные ВШП 2, 4 обоих каналов расположены зеркально относительно друг друга, а расположение выходных 3, 5 ВШП отличается от зеркального смещением на λ/(6-Δ), где величина Δ≤0,6 получена перерасчетом фазового сдвига.
Для экспериментальной проверки заявленного технического решения был изготовлен образец фильтра на звукопроводе из пьезокварца ST-среза. Характеристики изготовленного фильтра были измерены с помощью анализатора цепей Agilent E5071C.
На фиг.2 показано подключение электродов во фрагментах входных 2, 4 и выходных 3, 5 ВШП и сдвиг выходных ВШП на величину λ/(6-Δ).
На фиг.3 показана амплитудно-частотная (АЧХ) характеристика фильтра в полосе пропускания, где уровень пульсаций, образовавшихся за счет ложных сигналов тройного прохождения менее 0,07 дБ.
На фиг.4 приведено преобразование Фурье от АЧХ фильтра во временную характеристику. Здесь метка 3 расположена на длительности 1,9646 мкс, что соответствует удвоенной задержке основного сигнала 0,9823 мкс. При этом уровень амплитуды сигнала метки 3 относительно маркера, расположенного на вершине основного задержанного сигнала составляет минус 81 дБ. Общий уровень остаточного ложного сигнала, измеренный маркером 2, соответствующего СТП, составляет минус 60,6 дБ. Таким образом, видно, что суммарный набег фазового сдвига для СТП между каналом «А» и каналом «В» составляет 180° и происходит полное вычитание СТП.
Заявленное техническое решение позволяет получить точное номинальное значение фазового сдвига 60° между выходными каналами фильтра, что не приводит к существенному увеличению вносимого затухания для основного выходного сигнала, и при этом, сигналы тройного прохождения на выходе устройства находятся в противофазе.
ЛИТЕРАТУРА
1. B.C.Бондаренко, Л.Н.Крылов, Е.С.Муратов, B.C.Орлов. Особенности работы узкополосного фильтра поверхностных акустических волн в различных режимах нагрузки. Вопросы радиоэлектроники, Сер. ОТ, 1976, вып.7, с.71-77.
2. B.C.Орлов, B.C.Бондаренко, В.И.Речицкий, Л.В.Орлова, Н.Ф.Науменко. Анализ влияния многократных отражений и сигналов тройного прохождения на выходные параметры фильтров поверхностных акустических волн. Вопросы радиоэлектроники, Сер. ОТ, 1981, вып.14, с.54-65.
3. B.C.Орлов, B.C.Бондаренко. Фильтры на поверхностных акустических волнах. - М.:, РАДИО И СВЯЗЬ, 1984, с.186.
4. Пат.№3810257 США, МПК Н03Н 9/26. Acoustic Surface Wave Transducer Configuration for Reducing Triple Transit Signals (Структура преобразователей поверхностных акустических волн для уменьшения сигнала тройного происхождения).