ПОЛОСОВОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР
PIEZOELECTRIC BAND-PASS FILTER

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции сигналов.
В аппаратуре связи и измерительной технике находят широкое применение различные типы полосовых пьезоэлектрических фильтров, обладающих высокой стабильностью и возможностью реализации достаточно узких относительных полос пропускания (менее 0.5%).
Одним из широко применяемых полосовых фильтров лестничной структуры является двухрезонаторный фильтр, состоящий из первого пьезорезонатора, один вывод которого является входом фильтра, второй его вывод соединен со вторым пьезорезонатором и первым конденсатором. При этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второго пьезорезонатора является выходом фильтра [1]. Этот тип фильтра прост в изготовлении, обеспечивает малый уровень вносимого затухания в полосе пропускания, позволяет реализовать фильтры с относительными полосами пропускания 0,05 - 0,1% и выбран нами в качестве прототипа.
Недостатком фильтра является малый уровень затухания на частотах ниже его средней частоты и трудности согласования с низкоомными нагрузками, поскольку пьезорезонаторы, как правило, имеют большую величину динамической индуктивности.
Задачей изобретения является улучшение затухания в полосе задерживания и обеспечение условий согласования с низкоомными нагрузочными эквивалентами без применения каких-либо внешних цепей согласования.
Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первый пьезорезонатор, к первому выводу которого подключен первый конденсатор и второй пьезорезонатор, второй вывод первого конденсатора соединен с общей шиной, дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности, а также второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, при этом первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора и к первому выводу второго конденсатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом первого пьезорезонатора, ко второму выводу второго пьезорезонатора подключены четвертый конденсатор и вторая катушка индуктивности, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом второго пьезорезонатора.
Сопоставительный анализ показывает, что заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности, а также второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, при этом первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора и к первому выводу второго конденсатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом первого пьезорезонатора, ко второму выводу второго пьезорезонатора подключены четвертый конденсатор и вторая катушка индуктивности, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом второго пьезорезонатора.
При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными науке и технике техническими решениями, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.
На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит первый пьезорезонатор 1, к первому выводу которого подключен второй пьезорезонатор 2 и первый конденсатор 3, второй вывод которого соединен с общей шиной. Первая дополнительная катушка индуктивности 4 подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной. Ко второму выводу первого пьезорезонатора подключен второй конденсатор 5, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором 6, второй вывод которого подключен к первому выводу первого пьезорезонатора. Ко второму выводу второго пьезорезонатора 2 подключены четвертый конденсатор 7, второй вывод которого соединен с общей шиной, и вторая дополнительная катушка индуктивности 8, второй вывод которой соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором 9, второй вывод которого подключен к первому выводу второго пьезорезонатора.
Устройство работает следующим образом. Пьезорезонаторы 1 и 2 совместно с конденсатором 3 образуют известную схему полосового фильтра [1]. Для согласования этого фильтра с низкоомными нагрузками на входе фильтра подключено полузвено фильтра верхних частот, состоящее из катушки индуктивности 4 и конденсатора 5, на выходе фильтра для согласования с нагрузочным эквивалентом включено полузвено фильтра нижних частот, состоящее из катушки индуктивности 8 и конденсатора 7. Как показано в работе [2], такие полузвенья ФВЧ и ФНЧ могут обеспечить достаточно высокий коэффициент трансформации, там же приведены формулы для расчета элементов этих цепей. Конденсатор 6, создающий дополнительный обходной путь по току для первого звена, позволяет балансировать схему (образовывать полюс бесконечного затухания) на частотах ниже средней частоты фильтра. Конденсатор 9 также позволяет сбалансировать схему второго звена на частотах, расположенных выше средней частоты фильтра.
При таком построении схемы фильтра удается обеспечить симметричное расположение полюсов затухания на частотах, которые могут быть выбраны произвольно, обеспечивается удобство настройки фильтра и возможность его работы на низкоомные нагрузки.
На фиг.2 приведена амплитудно-частотная характеристика полосового кварцевого фильтра на частоту 3,56 МГц. В качестве пьезорезонаторов выбраны миниатюрные пьезорезонаторы полоскового типа с динамической индуктивностью 1 Гн.
Источники информации
1. Великий Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. Изд. «Связь» М., 1966, стр.108,177.
2. Вопросы согласования пьезоэлектрических фильтров на заданные нагрузки [Текст] / И.М.Ясинский, А.Н.Яковлев // Техника радиосвязи. - 2008. - Вып.13. - С.131-139.