ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области электроники и может использоваться в пьезоэлектрических устройствах частотной селекции.
Известен пьезоэлектрический фильтр, описание которого приведено в А.с. СССР №1445517 [1].
Известный пьезоэлектрический фильтр содержит пьезоэлектрическую систему, выполненную из включенных каскадно П-образных звеньев. В продольном плече каждого П-образного звена включен пьезоэлектрический резонатор, а в каждом поперечном плече конденсатор. Фильтр содержит также основные входной и выходной конденсаторы, входную и выходную катушку индуктивности и дополнительные входной и выходной конденсаторы. Первый вывод основного входного конденсатора соединен с выходным выводом первого звена пьезоэлектрической фильтрующей системы, а его второй вывод соединен с входной потенциальной клеммой пьезоэлектрического фильтра. Первый вывод основного выходного конденсатора соединен с входным выводом последнего звена пьезоэлектрической фильтрующей системы, а его второй вывод соединен с выходной потенциальной клеммой пьезоэлектрического фильтра.
Один из выводов входной катушки индуктивности соединен с входной потенциальной клеммой, а другой ее вывод - с входным выводом первого звена пьезоэлектрической фильтрующей системы. Один из выводов выходной катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой, а другой - с входным выводом последнего звена пьезоэлектрической фильтрующей системы.
Задача полезной модели - расширение арсенала технических средств в области пьезоэлектрических устройств частотной селекции.
Технический результат - повышение уровня затухания в полосе задерживания фильтра.
Технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом фильтре, содержащем пьезоэлектрическую фильтрующую систему, выполненную из включенных каскадно П-образных звеньев с пьезоэлектрическим резонатором в их продольном плече и с конденсаторами, включенными в их поперечных плечах и соединенными с одним из выводов с общей шиной, основные входной и выходной конденсаторы, первый вывод каждого из которых соединен с выходным выводом первого звена и входным выводом последнего звена пьезоэлектрической фильтрующей системы соответственно, входную и выходную катушки индуктивности, один из выводов каждой из которых соединен с входной и выходной потенциальными клеммами пьезоэлектрического фильтра соответственно, а их другой вывод соединен с входным выводом первого звена и выходным выводом последнего звена пьезоэлектрической системы соответственно, содержит входной и выходной конденсаторы, один из выводов каждого из которых соединен с входной и выходной потенциальными клеммами пьезоэлектрического фильтра соответственно, а их другой вывод - с общей шиной, согласно предложения, у входной и выходной катушки индуктивности обмотка выполнена с отводом соответственно, у входной катушки индуктивности к отводу подключен первый вывод дополнительного первого пьезоэлектрического резонатора, у которого второй вывод соединен с общей шиной, у выходной катушки индуктивности к отводу подключен первый вывод цепи, содержащей соединенные последовательно дополнительный конденсатор и дополнительный второй пьезоэлектрический резонатор, второй вывод цепи соединен с общей шиной.
Сущность полезной модели заключается в том, что у входной и выходной катушки индуктивности обмотка выполнена с отводом соответственно.
У входной катушки индуктивности к отводу подключен первый вывод дополнительного первого пьезоэлектрического резонатора, у которого второй вывод соединен с общей шиной. У выходной катушки индуктивности к отводу подключен первый вывод цепи, содержащей соединенные последовательно дополнительный конденсатор и дополнительный второй пьезоэлектрический резонатор, второй вывод цепи соединен с общей шиной.
На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого фильтра.
Пьезоэлектрический фильтр содержит пьезоэлектрическую фильтрующую систему 1, выполненную из М включенных каскадно П-образных звеньев. Каждое звено содержит пьезоэлектрический резонатор в продольном плече и конденсаторы в поперечных плечах. Между входной потенциальной клеммой фильтра 2 и входным выводом 3 пьезоэлектрической фильтрующей системы 1 включено входное согласующее звено 4, выполненное по П-образной схеме. Согласующее звено 4 содержит в продольном плече катушку индуктивности 5 с отводом от части обмотки, и конденсаторы 6 и 7 в поперечных плечах. Между входной потенциальной клеммой фильтра 2 и выходным выводом 8 первого звена пьезоэлектрической фильтрующей системы 1 включен входной конденсатор 9.
Выходной вывод 10 пьезоэлектрической фильтрующей системы 1 соединен с выходной потенциальной клеммой пьезоэлектрического фильтра 11 через выходное согласующее звено 12. Это звено выполнено по П-образной схеме и содержит в продольном плече катушку индуктивности 13 с отводом от части обмотки, и конденсаторы 14 и 15 в поперечных плечах. Между выходной потенциальной клеммой фильтра 11 и входным выводом 16 последнего звена фильтрующей системы 1 включен выходной конденсатор 17.
Во входном согласующем звене 4 между отводом катушки индуктивности 5 и общей шиной 18 включен пьезоэлектрический резонатор 19. В выходном согласующем звене 12 между отводом катушки индуктивности 13 и общей шиной 18 включен реактивный двухполюсник, выполненный в виде последовательно соединенных конденсатора 20 и пьезоэлектрического резонатора 21.
Пьезоэлектрический фильтр работает следующим образом. В схеме фильтра между входной потенциальной клеммой 2 и выводом первого звена 8 пьезоэлектрической фильтрующей системы 1 включен сложный реактивный четырехполюсник, в котором используется принцип суммирования выходных напряжений двух линейных цепей, включенных параллельно.
Исходное напряжение, поступающее на вход фильтра проходит через первую линейную цепь, состоящую из каскадно включенных входного согласующего звена 4 и первого П-образного звена пьезоэлектрической фильтрующей системы 1, и через вторую линейную цепь, состоящую из конденсатора 9.
Напряжение в каждой цепи претерпевает изменение по фазе и амплитуде. Амплитуда суммарного напряжения на выходном сопротивлении первого звена (входном сопротивлении второго звена) будет приближаться к нулю (полюс рабочего затухания на характеристике рабочего затухания) на частоте в нижнечастотной части полосы задерживания, при которой исходное напряжение при прохождении через обе цепи имеет сдвиги по фазе отличные на 180°. Выбором величин реактивных сопротивлений сложного четырехполюсника и конденсатора 9 можно регулировать положение частоты полюса затухания в нижнечастотной части полосы задерживания.
Характеристика затухания сложного четырехполюсника имеет большую крутизну низкочастотного ската по сравнению с крутизной высокочастотного ската.
У второго и третьего звеньев пьезоэлектрической фильтрующей системы характеристика рабочего затухания имеет у высокочастотного ската, что определяется наличием полюса рабочего затухания в высокочастотной части полосы задерживания. Четвертое звено пьезоэлектрической фильтрующей системы 1 включено каскадно с выходным согласующим звеном 12 и образует сложный реактивный четырехполюсник. Здесь также используется принцип суммирования выходных напряжений двух линейных цепей, включенных параллельно.
В этом случае исходное напряжение поступает с выхода третьего звена и проходит через линейную цепь, состоящую из каскадно включенных четвертого звена пьезоэлектрической фильтрующей системы 1 и выходного согласующего звена 12, и через вторую цепь, состоящую из конденсатора 17. Напряжение в каждой цепи претерпевает изменение по фазе и амплитуде. Амплитуда суммарного напряжения на выходном нагрузочном сопротивлении фильтра будет приближаться к нулю (полюс рабочего затухания) на частоте в нижней полосе задерживания, при которой исходное напряжение через обе цепи имеет сдвиги по фазе, отличные на 180°.
Характеристика рабочего затухания четырехзвенного фильтра будет иметь два полюса рабочего затухания в ее высокочастотной части. При соответствующей расстановке частот полюсов затухания характеристика рабочего затухания фильтра будет симметричной относительно средней частоты полосы пропускания.
Как видно из схемы пьезоэлектрического фильтра входное и выходное согласующее звено является фильтром нижних частот, у которых частота среза выбрана несколько выше средней частоты полосы пропускания фильтра. Наличие двух дополнительных звеньев фильтра нижних частот значительно повышает уровень затухания в дальней зоне верхней полосы задерживания, где возможны паразитные полосы пропускания, особенно на частотах гармонических колебаний резонаторов.
Пьезоэлектрические резонаторы 19 и 21, включенные параллельно входу и выходу фильтра, создают полюса рабочего затухания на частоте последовательного резонанса резонатора 19 и на частоте последовательного резонанса двухполюсника, состоящего из конденсатора 20 и резонатора 21.
Частота резонатора 19 выбирается такой, чтобы полюс затухания был расположен на скате характеристики рабочего затухания фильтра. В случае когда данная схема применяется для фильтра одной боковой полосы (ОБП) частота последовательного резонанса резонатора 19 равна частоте несущей для фильтра НБП и ниже на 50-100 Гц - для фильтра ВБП. Конденсатор 20 выбирается такой величины, чтобы последовательный резонанс двухполюсника, состоящего из конденсатора 20 и резонатора 21 был на 50-100 Гц выше по частоте.
Однако возможны случаи, когда полюс рабочего затухания, который определяется резонатором 19, будет расположен на левом скате характеристики рабочего затухания фильтра, а полюс рабочего затухания, который определяется резонатором 21, будет расположен на правом скате характеристики затухания. В этом случае в схеме фильтра будет отсутствовать конденсатор 20.
Таким образом, введение дополнительных резонаторов в схемы согласующих звеньев повышает избирательность фильтра в ближней зоне полосы задерживания. Полюса рабочего затухания будут иметь высокую временную и температурную стабильность.
Наличие резонаторов в схемах согласующих звеньев расширяет эксплуатационные возможности фильтра, так как позволяет повышать избирательность фильтра на любой частоте полосы задерживания.
Предлагаемый пьезоэлектрический фильтр особенно эффективен на низких частотах в диапазоне 100 кГц-25 МГц.
Предлагаемое техническое предложение прошло многократную экспериментальную проверку в диапазоне частот 10-100 МГц.
Эффективность заявляемого пьезоэлектрического фильтра по сравнению с прототипом заключается в повышении избирательности в ближней зоне на 10-18 дБ.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1445517, Кл. Н03Н 9/54, 24.04.1987