Резонаторные ПАВ-фильтры для систем связи

Приведены результаты исследований конструкций резонаторных ПАВ-фильтров с малыми потерями, предназначенных для использования во входных каскадах различных систем связи. Практически реализованы и серийно освоены фильтры для широкого спектра полос пропускания 0,5…10%.

I. Введение

В настоящее время фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) являются одними из основных устройств, осуществляющих частотную селекцию в современных системах связи: телекоммуникационных, сотовых и спецназначения. Они обеспечивают высокую стабильность параметров систем, малы по размерам и достаточно рентабельны, что связано с групповой технологией их изготовления. Использование новых конструкций, прежде всего структур резонаторного типа, и материалов позволяет значительно расширить об

ласть их применения, что обусловлено возможностью снижения уровня вносимого затухания в таких фильтрах до 1…6 дБ.

Рис.1 Теоретическая (сплошная линия) и экспериментальная (пунктирная линия) характеристики ПАВ-фильтров на основе: а)продольно-связанных структур; в)U-образного ответвителя; с) реверсивного ответвителя

Рис.1 Теоретическая (сплошная линия) и экспериментальная (пунктирная линия) характеристики ПАВ-фильтров на основе: а)продольно-связанных структур; в)U-образного ответвителя; с) реверсивного ответвителя

II. Основная часть

В данной работе были исследованы конструкции ПАВ-фильтров, принцип действия которых основан на частичном отражении ПАВ от масса-электрических неоднородностей на поверхности звукопровода. Реализация малого вносимого затухания в таких структурах обеспечивается за счет объединения преобразователей и отражателей (либо ответвителей) различными конструктивными способами. При разработке методов расчета использовались модифицированная Р-матрица, связывающая параметры входящей и выходящей волн в каждом частотно-избирательном элементе акустического тракта,  и основные параметры СОМ-теории [1] (скорость волны под электродной решеткой, коэффициент отражения от пары алюминиевых электродов), полученные экспериментальным путем. Программное обеспечение выполнено на основе  стандартного пакета MathCAD.

ПАВ-фильтры на основе продольно-связанных структур резонаторного типа. Малый уровень вносимого затухания достигался за счет использования двустороннего приема и дополнительных отражательных решеток по краям топологии [2]. Для обеспечения высокой избирательности во внеполосной области (до 60 дБ) применялось каскадирование структур (2…4 каскада). Практически реализованы фильтры на частотный диапазон 100…800 МГц с полосой пропускания 0,5…7%, в том числе гребенка  фильтров на 6…60 телевизионные эфирные каналы (рис.1а – амплитудно-частотная характеристика

фильтра на 29 канал). В зависимости от ширины полосы пропускания и требуемой избирательности уровень вносимого затухания составлял 0,8…5,0 дБ.

ПАВ-фильтры на основе U-образного многополоскового ответвителя (МПО). Направленность излучения в данной конструкции обеспечивается за счет пространственного совмещения боковых преобразователей и 3 дБ-МПО U-образной формы [3]. На данном типе конструкции реализованы фильтры на 4 и 5 (рис.1в) телевизионные каналы с полосой пропускания  10% и 8,5%, соответственно. Уровень вносимого затухания не превышал 4,5 дБ.

ПАВ-фильтр на основе реверсивного МПО представляет собой двухканальную конструкцию, содержащую входной и выходной преобразователи и два реверсивных МПО, расположенных по краям топологии [4]. Достоинством конструкции является слабая чувствительность характеристики фильтра к положению преобразователя внутри резонаторной полости в отличие от резонаторных структур продольно-связанного типа, использующих отражательные решетки. Кроме того, двухканальное включение позволяет исключить влияние объемных волн, что важно для получения высокой избирательности фильтров во внеполосной области характеристики. Практически реализованы фильтры на частотный диапазон 40…400 МГц с полосой пропускания 1…3% и уровнем вносимого затухания 2,0…5,0 дБ, рис.1с.

В качестве материала звукопровода при изготовлении резонаторных ПАВ-фильтров использовались различные срезы ниобата и танталата лития.

III. Заключение

В работе исследованы конструктивные методы снижения уровня вносимого затухания фильтров на поверхностных акустических волнах, что позволило использовать их во входных каскадах современных систем связи различного назначения. Разработанные гребенки фильтров серийно освоены на производственных площадях ООО «БУТИС-М». Суммарный объем выпуска превышает 120 тыс. шт.

 IV. Список литературы

  1. Abbot B., Hartmann C., Malocha D. Transduction magnitude and phase for COM modeling of SAW devices  –  Trans. on Ultrason., Ferroel. and Freq. Cont., vol.39, № 1, 1992, p.54-60
  2. Синицына Т.В.  Конструктивные особенности резонаторных фильтров на ПАВ с малыми потерями – Материалы Научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения», Саратов, 2003, с.27
  3. Багдасарян А.С., Синицына Т.В., Машинин О.В. ПАВ-   фильтры с малыми потерями на основе U-образного ответвителя – Научно-технический журнал «Электросвязь», № 2, 2004, с.32-33
  4. Синицына Т.В., Багдасарян А.С., Кузнецов М.В. Резонаторные ПАВ-фильтры на основе реверсивного МПО – Научно-технический журнал «Системы и средства связи, телевидения и радиовещания», № 1,2, 2003, с.15-20