Фільтри на пав

Для реалізації фільтрів на поверхневих хвилях використовуються п'єзоелектрики, подібні кварцовою платівці. Однак кварц рідко використовується для їх виготовлення. Зазвичай застосовується титанат барію або ніобат літію. Відмінність в роботі ПАР фільтрів від кварцових або пьезокерамических полягає в тому, що використовується не об'ємне коливання пьезоелектрика, а хвиля, що розповсюджується по поверхні. Для того, щоб не виникало об'ємних хвиль, які можуть спотворити АЧХ, приймаються спеціальні конструктивні заходи.

Порушення поверхневої хвилі на поверхні п'єзоелектричної пластинки зазвичай проводиться за допомогою двох металевих смужок, нанесених на її поверхню на відстані λ / 2. Для збільшення ефективності перетворювача кількість смужок збільшують. На малюнку 1 наведена спрощена конструкція фільтра на поверхневих акустичних хвилях.


Малюнок 1. Спрощена конструкція ПАР фільтра

На даному малюнку видно як поширюється поверхнева хвиля і знову перетворюється в електричні коливання за допомогою перетворювача, подібного вхідного. Зверніть увагу, що на кінцях п'єзоелектричної пластинки знаходяться поглиначі акустичних хвиль, які виключають їх відображення. Те, що хвиля поширюється в дві сторони означає, що її енергія ділиться порівну і половина її поглинається поглиначем. В результаті втрати описуваного пристрою не можуть бути менше 3 дБ. Ще одним принциповим обмеженням є те, що на виході приймального перетворювача повинна залишатися частина енергії ПАР. Інакше не вдасться реалізувати задану амплітудно-частотну характеристику. В результаті втрати в смузі пропускання для даного типу фільтрів на поверхневих хвилях досягає 15. 25 дБ

Їх принцип роботи подібний до принципу роботи цифрових КИХ фільтрів. Імпульсна характеристика реалізується за рахунок довжини металевих смужок в вихідному пьезопреобразователь. При розрахунку вибирається ідеальна (прямокутна) амплітудно-частотна характеристика. Приклад завдання вимог до АЧХ смугового фільтра наведено на малюнку 2.


Малюнок 2. Форма ідеалізованої АЧХ фільтра

Потім для того, щоб отримати імпульсну характеристику, виробляється перетворення Фур'є від ідеальної АЧХ. Для зменшення її довжини, а, отже, і кількості металевих смужок в приймальному перетворювачі, коефіцієнти з малою енергією відкидаються. Приклад подібної імпульсної характеристики наведено на малюнку 3.


Малюнок 3. Форма дискретної імпульсної характеристики ПАР фільтра

Однак при відкиданні частини коефіцієнтів форма амплітудно-частотної характеристики спотворюється. У смузі непропусканія з'являються області з малим коефіцієнтом придушення небажаних частотних компонент. Для того, щоб зменшити ці ефекти, отримана імпульсна характеристика множиться на тимчасове вікно Хеммінга або Блекман-Херріс. Кожен коефіцієнт буде представлений своєю парою електродів в приймальному перетворювачі акустичної хвилі в електричний сигнал. Приклад форми АЧХ фільтра після обробки його імпульсної характеристики вікном Блекман-Херріс наведено на малюнку 4. На цьому ж малюнку приведена АЧХ фільтра на поверхневих акустичних хвилях з урахуванням неточності виготовлення довжини металевих смужок перетворювача.


Малюнок 4. АЧХ ПАР фільтра із застосуванням вікна Блекман-Херріс без урахування і з урахуванням неточності виготовлення

Тому були розроблені ПАР фільтри, що працюють на іншому принципі. Основою їх побудови є ПАР-резонатори. Принцип роботи цих резонаторів заснований на відображенні поверхневої акустичної хвилі (а точніше приповерхностной хвилі, проникаючої вглиб пьезоелектрика глибше) відбивними ґратами. Відстань між провідними смужками (або канавками), як і в попередньому випадку, дорівнює половині довжини хвилі. Відстань між відбивачами вибирають кратним довжині акустичної хвилі на частоті настройки резонатора. В результаті між відбивачами виникає стояча хвиля. Конструкція ПАР резонаторів різних видів наведена на малюнку 5.


Малюнок 5. Конструкція резонаторів на поверхневих акустичних хвилях


Малюнок 6. Еквівалентна схема резонатора на поверхневих акустичних хвилях

Із застосуванням ПАР резонаторів реалізуються фільтри, подібні звичайним кварцовим фільтрам. За таким принципом зазвичай реалізуються вузькосмугові смугові фільтри. Їх принцип роботи заснований на добре відомих фільтрах Баттерворта і Чебишева. Втрати в смузі пропускання при цьому визначаються добротністю резонаторів і можуть бути 2. 3 дБ. що дозволяє використовувати цей вид ПАР-фільтрів у вхідних каскадах приймачів і вихідних каскадах передавачів. Найбільш поширена сходова схема. Як приклад можна привести схему фільтра-дуплексор:


Малюнок 7. Схема дуплексор на ПАР-резонаторах

Ще один варіант фільтра на поверхневих акустичних хвилях реалізується на резонаторах з двома перетворювачами, конструкція якого показана на малюнку 5б. Його еквівалентна схема приведена на малюнку 8. Подібне схемне рішення дозволяє розв'язати вхід і вихід пристрою.


Малюнок 8. Еквівалентна схема резонатора з двома пьезопреобразователь

Тепер на одній платівці пьезоелектрика можна реалізувати відразу кілька резонаторів, так як відбивачі для однієї частоти не впливають на частоті резонансу іншого резонатора. Конструкція фільтра на поверхневих хвилях з двома резонаторами показана на малюнку 9


Малюнок 9. Конструкція фільтра на поверхневих хвилях з двома резонаторами

Еквівалентна схема цього фільтра наведена на малюнку 10. У ній послідовні контуру включені паралельно, утворюючи тим самим два полюси, як у смуговому фільтрі Чебишева або Баттерворта другого порядку.


Малюнок 10. Еквівалентна схема фільтра на поверхневих хвилях з двома резонаторами

Реалізована таким фільтром типова амплітудно-частотна характеристика приведена на малюнку 11.


Малюнок 11. Амплітудно-частотна характеристика фільтра з двома резонаторами

У промислово випускаються фільтрах використовується від чотирьох до восьми резонаторів. Так як частоти полюсів смугового фільтра відрізняються один від одного незначно, то відбивачі різних резонаторів ми будемо сприймати як один широкий відбивач. Зовнішній вигляд ПАР фільтрів з відкритою верхньою кришкою наведено на малюнку 12.

Фільтри на пав

Малюнок 12. Зовнішній вигляд ПАР-фільтрів і їх кварцових платівок

В якості найбільш відомого вітчизняного виробника фільтрів на поверхневих акустичних хвилях можна назвати ТОВ "АЕК" (наприклад, фільтр A177-44.925M1). Для приведення його вхідного і вихідного опору до стандартного значенням 50 Ом виробник рекомендує використовувати вже добре відоме нам рішення фільтра-трансформатора опорів. А так як це фільтр нижніх частот, то він одночасно позбавить від проблем неідеальної амплітудно-частотної характеристики в області верхніх частот, які можуть викликатися ефектом потрійної луни або впливом об'ємної хвилі.


Малюнок 13. Схема узгодження ПАР фільтра з стандартним значенням опору 50 Ом

Фільтри, вироблені іноземною фірмою EPCOS містять всі ланцюги узгодження всередині корпусу, тому досить забезпечити опір джерела сигналу і опір навантаження, рівним 50 Ом, і ми отримаємо задану АЧХ.


Малюнок 14. Приклад амплітудно-частотної характеристики ПАР-фільтра B9909 фірми EPCOS

Разом зі статтею "Фільтри на ПАР" Новомосковскют: