Фильтры на поверхностных акустических волнах

Электротехнические комплексы и системы

Зикий А.Н.

Zikiy A.N.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, главный конструктор Научноконструкторского бюро моделирующих и управляющих систем, ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», Россия, г. Таганрог

Зламан П.Н.

Zlaman P.N.

ведущий инженер-конструктор Научно-конструкторского бюро моделирующих и управляющих систем ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», Россия, г. Таганрог

Власенко Д.В. Vlasenko D. V.

ассистент кафедры «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» Технологического института ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», Россия, г. Таганрог

Гончарова Т.О. Goncharova T.O.

студентка ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», Россия, г. Таганрог

Третьяк А.А.

Tretyak A.A.

студент ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», Россия, г. Таганрог

УДК 697.972+697.978+697.975

ФИЛЬТРЫ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

Полосовые фильтры являются важной составной частью приемо-передающей аппаратуры. Именно они определяют избирательность приемника по всем каналам приема и подавление побочных продуктов в передатчике. Первое, но не массовое применение фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) нашли в радиолокационных станциях. Первое, наиболее массовое применение они нашли как фильтры промежуточной частоты телевизионных приемников еще в восьмидесятых годах прошлого века. Сейчас фильтры на ПАВ применяются во всех отраслях радиосвязи и радиолокации.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра и диплексера, использующих поверхностные акустические волны.

Представлены результаты экспериментального исследования фильтра на ПАВ с частотой настройки 736 МГц и диплексера на ПАВ с каналами 45 и 48 МГц. Показано, что минимальные потери в полосе пропускания не превышают 3 дБ, а развязка между каналами диплексера более 45 дБ. Потери на гармониках основной частоты колеблются в пределах от 30 до 43 дБ. АЧХ получены двумя методами: снятием по

50

Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 10, 2014

Electrical facilities and systems

точкам с помощью ГСС и анализатора спектра, а также фотографированием с экрана характериографа Х1-55. Различие в результатах измерений не превышает погрешности измерений. Высокие электрические параметры, малые габариты, умеренная стоимость фильтров позволяют их широко использовать в современных средствах мобильной связи.

Целесообразно использовать фильтр HDF736c как преселектор приемника и «фильтр подчистки» в маломощных каскадах передатчика дециметрового диапазона. Диплексер HDD45/48 можно применить как устройство развязки каналов приема и передачи в маломощном приемо-передатчике УКВ-диапазона, так и в качестве фильтра промежуточной частоты.

Ключевые слова: ПАВ-фильтр, диплексер на ПАВ, АЧХ, эксперимент.

FILTERS ON THE SURFACE-ACOUSTIC WAVE

Bandpass filters are the important part of transceivers. They determine selectivity of receivers by all channels and side products reduction of transmitters. The first, but not mass application of bandpass filters been found in radar stations. The first, more popular application of bandpass filters been found in TV-receivers as intermediate frequency filters in 80’s. Nowaday SAW-filters are used in all branches of telecommunication and radiolocation.

The objective of this article is experimental research of frequency response functions of bandpass filter and diplexer, which use surface acoustic waves.

The results of experimental research of 736 MHz SAW-filter and 45 and 48 MHz channels SAW-diplexer are presented. It is shown, that minimal loses on band pass is not higher than 3 dB, and cross-channel loses of diplexer more than 45 dB. Main frequency harmonics are in 30-45 dB range. Frequency response functions been got by two methods: using spectrum analyzer and trigger generator by points and using screenshots from H1-55 curve tracer. The difference in results of two methods is not higher than measurement error. Good electrical characteristics, small size and moderate cost allow widely usage of such filters in modern mobile communications.

It is expedient to use HDF73C filter as radio receiver preselector and as “cleaner filter” in low-power cascades of decimeter-band transmitter. HDD45/48 diplexer can be used as transmission and receive channels isolator in VHF-band transceiver and also as intermediate frequency filter.

Key words: SAW-filter, SAW-diplexer, frequency response function, experiment.

В настоящее время имеется обширная литература, посвященная синтезу и анализу фильтров на ПАВ, их конструированию и изготовлению [1-9].

Однако в перечисленной литературе совершенно недостаточно сведений для выбора фильтра применительно к конкретной разработке. Более полные сведения содержатся в [10, 11], однако и в них часто не указывают заграждение на второй, третьей и других гармониках полезного сигнала. Поэтому экспериментальное исследование серийных фильтров является актуальным.

В качестве объектов исследования выбраны фильтры марки HDF736, HDD45/48 для работы на частотах 736, 45 и 48 МГц. Эти частоты широко используются в мобильной связи, поэтому результаты такого исследования представляют несомненный интерес.

Для испытаний фильтров на ПАВ был изготовлен макет, фото которого представлено на рисунке 1. Из этого рисунка видно, что макет представляет собой печатную плату из фольгированного стеклотекстолита размером 40 х 40 мм. На плате установлены два разных фильтра и два соединителя типа SMA, гнездо.

Рис. 1. Фото платы фильтров

Экспериментальное исследование АЧХ фильтров проводилось на установке, структурная схема которой приведена на рисунке 2. Из этого рисунка видно, что в качестве источника сигналов использован генератор сигналов ВЧ типа E8267D фирмы Agilent Technologies. В качестве измерителя уровня выходного сигнала использован анализатор спектра 8564ЕС той же фирмы.

В первом эксперименте измерение АЧХ проводилось по точкам в диапазоне 686-786 МГц с шагом

Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 10, 2014

51

К(Г),ДБ

Электротехнические комплексы и системы

Г енератор сигналов

E8267D

-«-а»

Фил втр

Аналичатор

спектра

8564ЕС

Рис. 2. Структурная схема измерительной установки

1 МГц. Результаты этого эксперимента отображены на рисунке 3.

Во втором эксперименте измерение АЧХ канала 45 МГц проводилось по точкам в диапазоне 40-50 МГц с шагом 0,1 МГц. Результаты второго эксперимента показаны на рисунке 4.

В третьем эксперименте измерение АЧХ 48 МГц проводилось в диапазоне частот 43-53 МГц с шагом 0,1 МГц. Результаты третьего эксперимен-

та можно видеть на рисунке 5.

В четвертом эксперименте проводилось фотографирование АЧХ фильтров с экрана характериографа типа Х1-55. Результаты фотографирования представлены на рисунках 6, 7, 8. Результаты измерений по точкам с помощью ГСС и анализатора спектра и результаты фотографирования практически совпадают.

686 696 706 716 776 736 746 7% 766 7 76 786

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Рис. 4. АЧХ ПАВ фильтра 45 МГц

Рис. 5. АЧХ ПАВ фильтра 48 МГц

dB 248 nV

680,3092 F=730,85247 790,5513

Рис. 6. Фото АЧХ ПАВ фильтра 736 МГц

52

Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 10, 2014

Electrical facilities and systems

Рис. 7. Фото АЧХ ПАВ фильтра 45 МГ ц

Рис. 8. Фото АЧХ ПАВ фильтра 48 МГц

Выводы

Основные результаты измерений сведены в таблицу:

Наименование параметра, размерность Фильтр HDF736C Диплексер HDD45/48

Канал 45 МГц Канал 48 МГц

Минимальные потери в полосе пропускания, дБ -3 -2 -3

Максимальные потери в полосе пропускания по уровню минус 3 дБ -6 -5 -6

Центральная частота, МГц 735,5 45,3 48,3

Ширина полосы пропускания по уровню минус 3 дБ, МГц 29 1 1

Заграждение на второй гармонике, дБ 36 37 -

Заграждение на третьей гармонике, дБ 35 43 -

Заграждение на четвертой гармонике, дБ 30 41 -

Развязка между каналами диплексера, дБ - >45 >45

Таким образом, подтверждены экспериментально характеристики, приведенные в [10, 11], и получены новые данные по заграждению на гармониках основной частоты.

Список литературы

1. Орлов В.С. Фильтры на ПАВ [Текст] / В.С. Орлов, В.С. Бондаренко. - М.: Радио и связь, 1984.

- 272 с.

2. Морган Д. Устройства обработки сигналов на ПАВ [Текст] / Д. Морган; пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.

3. Фильтры на ПАВ. Расчет, технология применения [Текст] / под ред. Г. Мэттьюза; пер. с англ.

- М.: Радио и связь, 1981. - 472 с.

4. Мостяев В.А. Российская пьезо-акустоэлектроника. История развития и современное состояние

[Текст] / В.А. Мостяев, П.Г. Поздняков. - М.: Радиотехника, 2008. - 328 с.

5. Речицкий В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты [Текст] / В.И. Речицкий. - М.: Сов. радио, 1980. - 264 с.

6. Речицкий В.И. Радиокомпоненты на ПАВ [Текст] / В.И. Речицкий. - М.: Радио и связь, 1984. - 112 с.

7. Речицкий В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты: схемы, топология, конструкция [Текст] / В.И. Речицкий. - М.: Радио и связь, 1987. - 192 с.

8. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах: материалы, технология, конструкция, применение [Текст] / И. Зеленка; пер. с чешского. - М.: Мир. 1990. - 594 с.

9. Зикий А.Н. Фильтр на ПАВ [Текст] / А.Н. Зи-

Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 10, 2014

53

Электротехнические комплексы и системы

кий, П.Н. Зламан, Д.В. Власенко // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2013. - Т. 9. - № 3. - С. 5-7.

10. HDF736c. Filter specification [Text]. - 4 p.

11. HDD 45/48. Filter specification [Text]. - 5 p.

References

1. Orlov VS. Fil'try na PAV [Tekst] / V.S. Orlov, V.S. Bondarenko. - M.: Radio i svjaz', 1984. - 272 s.

2. Morgan D. Ustrojstva obrabotki signalov na PAV [Tekst] / D. Morgan; per. s angl. - M.: Radio i svjaz', 1990. - 416 s.

3. Fil'try na PAV. Raschet, tehnologija primenenija [Tekst] / pod red. G. Mjett'juza; per. s angl. - M.: Radio i svjaz', 1981. - 472 s.

4. Mostjaev V.A. Rossijskaja p'ezo-akustojelekt-ronika. Istorija razvitija i sovremennoe sostojanie [Tekst] / V.A. Mostjaev, P.G. Pozdnjakov. - M.: Radiotehnika, 2008. - 328 s.

5. Rechickij V.I. Akustoelektronnye radiokom-ponenty [Tekst] / V.I. Rechickij. - M.: Sov. radio, 1980. - 264 s.

6. Rechickij V.I. Radiokomponenty na PAV [Tekst] / V.I. Rechickij. - M.: Radio i svjaz', 1984. - 112 s.

7. Rechickij V.I. Akustoelektronnye radiokomponenty: shemy, topologija, konstrukcija [Tekst] / V.I. Rechickij. - M.: Radio i svjaz', 1987. - 192 s.

8. Zelenka I. P'ezoelektricheskie rezonatory na ob#emnyh i poverhnostnyh akusticheskih volnah: materialy, tehnologija, konstrukcija, primenenie [Tekst] / I. Zelenka; per. s cheshskogo. - M.: Mir. 1990. - 594 s.

9. Zikij A.N. Fil'tr na PAV [Tekst] / A.N. Zikij, P.N. Zlaman, D.V. Vlasenko // Elektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2013. - T. 9. -№ 3. - S. 5-7.

10. HDF736c. Filter specification [Text]. - 4 p.

11. HDD 45/48. Filter specification [Text]. - 5 p.

54

Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 10, 2014