Полосовые фильтры на ПАВ

| следующая статья ==>




В настоящее время разработано и используется в радиоэлектронной аппаратуре большое количество фильтров различных типов на ПАВ. Условно все многообразие фильтров на ПАВ можно разделить на трансверсальные и резонансные. Резонансные фильтры на ПАВ, в свою очередь, можно разделить на фильтры со слабой акустической связью и импедансные фильтры.
Отличительной особенностью трансверсальных фильтров на ПАВ является то, что их АЧХ определяется видом аподизации электродов ВШП (рис. 1.8). Это первый из нашедших практическое применение типов фильтров.
Основные параметры резонансных фильтров на ПАВ определяются степенью связи и количеством возбуждаемых в структуре фильтра типов колебаний. Причем связь между резонаторами, входящими в фильтр, может быть как электрическая, так и акустическая. Это очень широко используемый в настоящее время в устройствах связи, в том числе мобильной, тип фильтров. Резонансные фильтры используются в тех случаях, когда требуется узкая полоса рабочих частот (до ~5%) и небольшие потери (до ~5дБ).
Импедансные фильтры на ПАВ строятся на основе принципов, аналогичных принципам построения лестничных фильтров на основе LC'элементов (сосредоточенных индуктивностей и емкостей) или резонаторов на объемных акустических волнах. Частотная характеристика таких фильтров определяется импедансом отдельных резонаторов на ПАВ (или отдельных ВШП), образующих фильтр и связанных между собой электрически.

Рис. 1.8. Конструкция трансверсального фильтра, электроды одного из ВШП которого аподизованы ПАВ
Основными параметрами фильтров являются следующие:
· центральная частота;
· полоса рабочих частот;
· неравномерность АЧХ в полосе рабочих частот;
· уровень внеполосного подавления;
· коэффициент прямоугольности;
· вносимые потери.
Определение центральной частоты, полосы рабочих частот и вносимых потерь аналогичны определениям параметров ЛЗ, приведенным в разд. 1.1.
Неравномерность АЧХ (или модуля коэффициента передачи) фильтра есть разница между максимальным и минимальным значениями модуля коэффициента передачи, выраженного в децибелах, в заданном диапазоне полосы рабочих частот.
Коэффициент прямоугольности есть отношение полосы частот по уровню –30дБ к полосе частот по уровню –3дБ. Верхний и нижний уровни измерения полосы частот могут быть другими (обычно они оговариваются), например –40 дБ и –1 дБ, соответственно. В некоторых случаях задаются требования и к другим параметрам фильтра, например к коэффициенту стоячей волны по напряжению на входе и выходе фильтра, к неравномерности группового времени задержки сигнала в полосе рабочих частот и т.д.

Рис. 1.9. Нормированный модуль коэффициента передачи фильтра с неаподизованными преобразователями (кривая 1) и фильтра, электроды одного из преобразователей которого аподизованы по функции Тейлора (кривая 2) (NА= 25 – число электродов в первом преобразователе; NВ = 5 – число электродов во втором преобразователе; A0–модуль коэффициента передачи на центральной частоте)

Как наиболее показательный, с точки зрения происходящих в фильтрах на ПАВ физических процессов, рассмотрим один из трансверсальных фильтров – фильтр с аподизацией апертуры электродов ВШП.
Простейший трансверсальный фильтр на ПАВ по конструкции полностью аналогичен линии задержки, приведенной на рис. 1.3, поэтому ЛЗ на ПАВ может одновременно выполнять функции полосового фильтра. АЧХ фильтра с однородными (неаподизованными) ВШП приведена на рис. 1.9 (кривая 1). Простейший фильтр имеет небольшое внеполосное подавление ~ 13 дБ и форму вершины, далекую от идеальной, т. е. плоской. Улучшить внеполосное подавление фильтра позволяет использование аподизации электродов ВШП (см. рис. 1.8). Соответствующее сравнение частотных характеристик фильтров, использующих аподизованный ВШП (кривая 2) и неаподизованные ВШП (кривая 1) проведено на рис. 1.9 Значительно улучшить прямоугольность и неравномерность вершины частотной характеристики трансверсальных фильтров на ПАВ позволяет использование аподизации электродов ВШП в виде функции sinc(x) sin(x) / x. Эта функция имеет бесконечное число боковых лепестков (n→∞). Теоретически прямоугольность АЧХ фильтра с ограниченным значением n улучшается по мере увеличения n. Однако на практике из'за различного рода паразитных эффектов число используемых в ВШП лепестков функции sinc(x) ограничено значением n 20.

Рис. 1. 10. Конструкция фильтра с одним аподизованным ВШП(А)
по закону sinc(x), n = 3

Рис. 1.11. Нормированный модуль коэффициента передачи фильтра с аподизованным ВШП(А) по закону sinc(x) при n = 3 в сопоставлении с коэффициентом передачи фильтра с неаподизованным ВШП (показан тонкой линией) (A0 – модуль коэффициента передачи на центральной частоте)

На рис. 1.10 условно показана конструкция фильтра, электроды одного из преобразователей которого аподизованы по функции sinc(x) при n 3, а на рис. 1.11 показан вид АЧХ такого фильтра. Из сопоставления рис. 1.9 и рис. 1.11 видно, что аподизация электродов ВШП позволяет существенно улучшить прямоугольность АЧХ, даже при n 3.

| следующая статья ==>