ЛЕСТНИЧНЫЙ ФИЛЬТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С ПОВЫШЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ
LADDER-TYPE FILTER ON SURFACE ACOUSTIC WAVES WITH INCREASED SELECTIVENESS

Изобретение относится к радиоэлектронике (а именно - к электрическим фильтрам для частотной селекции радиосигналов) и может использоваться в устройствах связи, автоматики и управления.
Известны лестничные фильтры с использованием резонаторов на поверхностных, приповерхностных, сдвиговых и т.п. (всего более 10 типов акустических волн) - в дальнейшем для краткости будем называть их лестничными фильтрами с резонаторами на поверхностных акустических волнах (ПАВ).
Известен лестничный электрический фильтр (O.Ikata, Т.Miyashita, T.Matsuda, T.Nishihara, and Y.Satoh. Development Of Low-Loss Band-Pass Filters Using SAW Resonators For Portable Telephones // proc. IEEE, Ultrasonics Symposium. - 1992. - P.111-115), содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на нем последовательными 1 и параллельными 2 ПАВ резонаторами, соединенными общим земляным проводником 3 (Фиг.2), причем этот общий земляной проводник соединяет вход и выход устройства.
Известен лестничный электрический фильтр (US Patent No.: 6 242 991 B1, Int. Cl. H03H 9/64, Jun. 5, 2001), содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на нем последовательными Rsl, Rs2 и параллельными ПАВ резонаторами Rp1, Rp2, Rp3, эквивалентная схема которого показана на Фиг.3. Земляные выводы параллельных резонаторов также объединены общим земляным проводником, соединяющим вход и выход устройства (показаны также паразитные сопротивления R1-R3 и индуктивности выводов L1-L3).
Известен лестничный электрический фильтр (US Patent No.: 5 955 933, Int. Cl. H03H 9/25, Sep.21, 1999), схемное решение которого практически идентично предыдущему и показано на Фиг.3.
°
Известен лестничный электрический фильтр (Т.Omori, К.Matsuda, Y.Sugama, Y.Tanaka, К.Hashimoto and M.Yamaguchi. Suppression of Spurious Responses for Ultra-Wideband and Low-Loss SAW Ladder Filter on a Cu-grating/15YX-LiNbO3 Structure: proc. IEEE Ultrasonics Symposium. 2006. - P.1874-1877), содержащий пьезоэлектрический звукопровод ниобата лития с расположенными на нем последовательными 1 и параллельными 2 ПАВ резонаторами, соединенными общим земляным проводником 3, причем этот общий земляной проводник также соединяет вход и выход устройства (топология фильтра показана на Фиг.4).
Наиболее близким по технической сущности решением, взятым за прототип, является лестничный электрический фильтр (US Patent No.: 6 150 904, Int. Cl. H03H 9/64, Nov. 21, 2000), содержащий пьезоэлектрический звукопровод с расположенными на нем последовательными S1, S2 и параллельными ПАВ резонаторами P1, P2, Р3, эквивалентная схема которого показана на Фиг.5. Данная схема фильтра имеет раздельные заземляющие проводники входа и выхода, однако земляные выводы выходных резонаторов P2 и Р3 объединены вместе и только затем выведены за пределы корпуса и заземлены.
Общим недостатком известных решений, описанных выше, является практическая невозможность получения высокого гарантированного затухания в полосе режекции фильтра при увеличении числа звеньев лестничного фильтра. Это связано с тем, что на высоких частотах земляные проводники параллельных резонаторов вносят заметный вклад в эквивалентную схему каждого резонатора, пренебрегать которым нельзя. Кроме того, при объединении нескольких земляных выводов параллельных резонаторов в один (Фиг.5) вывод возникают связи, также ухудшающие внеполосную режекцию и даже приводящие к неравномерности в полосе пропускания фильтра.
Целью изобретения является увеличение внеполосной режекции сигналов.
Для достижения указанной цели предлагается лестничный фильтр на поверхностных акустических волнах с повышенной избирательностью, выполненный на резонаторах поверхностных акустических волн, содержащий пьезоэлектрический звукопровод с нанесенными на его поверхность структурами параллельных и последовательных резонаторов, соединенных по лестничной схеме, либо установленный в корпус, или непосредственно на плату.
Согласно изобретению земляные выводы параллельных резонаторов поделены поровну между входом и выходом лестничного фильтра и выведены отдельными микрополосковыми линиями на отдельные, ни с чем более не соединенные земляные контактные площадки пьезоэлектрического звукопровода, заземляемые снаружи на плате в одной точке по входу и в одной точке по выходу при монтаже лестничного фильтра на плату, либо (при монтаже пьезоэлектрического звукопровода в корпус) земляные контактные площадки пьезоэлектрического звукопровода соединяются с отдельными площадками корпуса, также заземляемыми снаружи на плате в одной точке по входу и в одной точке по выходу при монтаже корпусированного лестничного фильтра на плату.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого лестничного фильтра из литературы не известно, поэтому изобретение соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На Фиг.1 показана схема предлагаемого фильтра, на Фиг.2 и на Фиг.3 - схемы аналогов предлагаемого фильтра, на Фиг.4 - топология аналога предлагаемого фильтра, на Фиг.5 - схема прототипа предлагаемого изобретения.
Численное моделирование различных схем лестничных фильтров с большим количеством звеньев (более 3) и анализ экспериментальных исследований изготовленных образцов показали, что при выполнении заземления параллельных резонаторов по схемам Фиг.2 - Фиг.5 не удается получить ожидаемый уровень внеполосной режекции. Для решения этой задачи необходимо изменить схему лестничного фильтра, выполнив земляные выводы параллельных резонаторов отдельными микрополосковыми линиями и заземлив их в одной точке по входу и по выходу лестничного фильтра (Фиг.1).
В случае монтажа пьезоэлектрического звукопровода в планарный корпус земляные выводы параллельных резонаторов лестничного фильтра выведены отдельными микрополосковыми линиями на отдельные, ни с чем более не соединенные земляные контактные площадки корпуса, заземляемые снаружи при монтаже лестничного фильтра на плату, в одной точке, либо как можно ближе друг к другу. При этом при расчете характеристик лестничного фильтра необходимо учитывать в схеме и моделировать все переходные отверстия и полоски корпуса в земляных цепях параллельных резонаторов, так как они заметно влияют на характеристики лестничного фильтра.
В случае бескорпусного монтажа пьезоэлектрического звукопровода (например, с использованием flip-chip технологии) необходимо также разделять земляные выводы входа и выхода на плате, куда устанавливается пьезоэлектрический звукопровод, и размещать заземляемые снаружи выводы при монтаже лестничного фильтра на плату в одной точке для входа и в одной точке для выхода. Если нет возможности осуществить заземление в одной точке, то соответствующие земляные выводы отдельных параллельных резонаторов необходимо выполнять на плате как можно ближе друг к другу (Фиг.1).
Известные схемные и топологические решения лестничных фильтров на ПАВ не позволяют создавать лестничные фильтры с высоким (более 40-50 дБ) внеполосным подавлением сигналов. В заявленном решении лестничного фильтра с высоким подавлением земляные выводы параллельных резонаторов поделены поровну между входом и выходом лестничного фильтра и выведены отдельными микрополосковыми линиями на отдельные, ни с чем более не соединенные земляные контактные площадки пьезоэлектрического звукопровода, заземляемые снаружи на плате в одной точке по входу и в одной точке по выходу при монтаже лестничного фильтра на плату, либо (при монтаже пьезоэлектрического звукопровода в корпус) земляные контактные площадки пьезоэлектрического звукопровода соединяются с отдельными площадками корпуса, также заземляемыми снаружи на плате в одной точке по входу и в одной точке по выходу при монтаже корпусированного лестничного фильтра на плату. Это позволило, как показали расчеты и измерения экспериментальных образцов, увеличить гарантированное подавление лестничного фильтра вне полосы пропускания до 75-80 дБ и более.
Эквивалентная схема предлагаемого решения показана на Фиг.1. Последовательные резонаторы 1 соединены с параллельными резонаторами 2 для получения лестничной схемы фильтра. Земляные выводы 3 параллельных резонаторов 2 выведены на край пьезоэлектрического звукопровода раздельно и в расчетах моделировались микрополосковой линией передачи. Эти выводы 3 должны быть заземлены снаружи при монтаже лестничного фильтра на плату в одной точке по входу и в одной точке по выходу лестничного фильтра.
В ФГУП "РНИИРС" были изготовлены более 7000 шт. лестничных ПАВ фильтров в диапазоне частот 100…1040 МГц и внеполосным подавлением 65-80 дБ, выполненных с раздельным заземлением параллельных резонаторов в соответствии с предлагаемым изобретением.