Линии задержки

Параметр	ПАВ	МСВ	НТСП	ВТСП
Рабочая температура, К Максимальная частота сигнала, ГГц (Затухание) * (время задержки)-1, дБ/мкс: при f= 1 ГГц при f= 10 ГГц отн. полоса пропускания ∆f/f0 База сигнала ∆fτ	250 – 350 - 1 – 2 5 – 8 50 – 80 0,2 250	250 – 350 - 20 – 30 2 – 3 20 – 30 0,1 500	5 – 10 - 50 – 100 0,1 – 0,2 3 – 4 0,4 1000	50 – 80 - 50 – 100 0,1 – 0,2 5 – 10 0,4 1000

Эти оценки (ВТСП) получены для эпитаксиальных пленок Y-123 иHg-1234. Для этих пленок микрополосковые линии имеют потери в 30-40 раз меньше, чем медные МПЛ таких же размеров. Время задержки определяется отношением длины линии к скорости распространения волны.

Для получения максимальной задержки в заданном объеме микрополосковые ВТСП линии можно изготавливать в виде меандра или спирали на тонких диэлектрических подложках, а уже из них создавать многоярусную структуру. Чтобы предотвратить перекрестные связи между различными линиями, необходимо формировать поверхность заземления (а еще лучше две поверхности, расположенные симметрично по обе стороны от проводников микрополосковой линии).

Линии задержки являются одним из основных элементов устройств обработки сигналов таких, как трансверсальный фильтр, конвольвер. Линии задержки с заданным законом дисперсии служат основой формирователей импульсов с внутренней частотной модуляцией, на основе таких линий задержки осуществляется Фурье-преобразование сигнала в реальном масштабе времени.

3.1.2. Фильтры

Устройства частотной селекциипредставляют собой процессоры, предназначенные для выделения необходимых сигналов на фоне шумов и помех. К устройствам частотной селекции относятся фильтры и резонаторы. Фильтры можно классифицировать по следующим независимым признакам:

• По виду частотной характеристики: полосовые (пропускающие определенную полосу частот ∆f), режекторные (подавляющие определенную полосу частот ∆f), нижних частот (пропускающие частоты от 0 доf_в), верхних частот (пропускающие частоты вышеf_н).

• По физическому принципу: резонансные (по электрическому или акустическому резонансу), трансверсальные (по фазо-частотной характеристике), нетрансверсальные (по амплитудно-частотной характеристике).

• По виду обрабатываемых сигналов: аналоговые (обработка сигналов в виде непрерывной функции), цифровые (обработка сигналов в виде дискретной функции).

В СВЧ технике связи преимущественно используются полосовые фильтры. Селективность приемника напрямую зависит от системы фильтрации. В табл. 3.3 приводится сравнительная характеристика основных параметров традиционных и ВТСП полосовых фильтров.

Таблица 3.3

Полосовые фильтры

Параметр	ПАВ	Кварцевый	Микро-полосковый	Цифровой	ВТСП
Центральная частота f0, МГц	5…2000	0,1…1000	до 10000	10…300	0,2…28000
Полоса частот, % от f0, МГц	1…10	0,1…10	2…60		0,2…1,5
Вносимые потери, дБ	0,5…30	до 3	до 4	до 0,1	0,3…1,2
Затухание сигналов в полосе заграждения, дБ	40…70	80…90	От 20	60…80	50…100
Добротность	10…100	103…105	До 104	103…105	106…107

Традиционные микрополосковые фильтры вносят большие потерив полосе пропускания полезного сигнала, проявляющиеся в ухудшении соотношениисигнал – шум приемника и, следовательно, приводящие к снижению его чувствительности. Для кардинального решения задачи необходимо использовать технологию высокотемпературных сверхпроводников. Кроме того, ключевые элементы передающей станции, изготавливаемые из тонкопленочных элементов ВТСП, позволяют обеспечить увеличение чувствительности приемника как за счет уменьшения вносимых ВТСП элементами искажений, так и благодаря увеличению отношения сигнал – шум охлаждаемых элементов.

Для полосового фильтра, полностью изготавливаемого на ВТСП пленках, вносимые потери являются функцией поверхностного сопротивления пленки, тангенса диэлектрических потерь в подложке и соотношения мощности, рассеянной в корпусе, к мощности, запасенной в диэлектрике, которое зависит от конструкции фильтра. Однако в конечном итоге вносимые потери определяются числом элементов фильтра и суммарным значением коэффициента передачи, которые задают полосу пропускания. Наибольшее преимущество использование ВТСП пленок может обеспечить при создании фильтров с большим коэффициентом прямоугольности (узкая полоса пропускания, большое число звеньев и высокий коэффициент передачи).

Простейший в проектировании и изготовлении тип фильтра представляет собой цепь связанных отрезков длинных линий (рис. 3.1, а). В некоторых случаях с целью уменьшения габаритов, линейные элементы фильтра изгибают, придавая им форму прямоугольной спирали.

а) б)

Рис.3.1. Микрополосковый фильтр (а) и его частотная характеристика (б): ∆f /f= 0,5%,L₀≤ 0,5 дБ

Более сложный 8-полосковый узкополосный фильтр, разработанный специалистами DensoCorporation(Japan), представлен на рис. 3.2.

а) б)

Рис.3.2. Узкополосный фильтр (а) и его частотная характеристика (б)

Характеристики фильтра: центральная частота пропускания – 1,95 ГГц; полоса пропускания фильтра – 5 МГц, неравномерность АЧХ в полосе пропускания – не более 0,5 дБ, вносимые затухания – около 0,35 дБ. Фильтр выполнен из Y-123 – пленки на подложкеMgOи представляет собой цепочку из восьми связанных полуволновых резонаторов, имеющих переменный коэффициент связи. Особенность этого фильтра заключается в том, что при ширине пропускания 0,25%, АЧХ фильтров для различных значений добротности (Q– 5000, 10000, 100000) незначительно отличаются друг от друга.

Поскольку максимально узкая полоса фильтрацииобеспечивается при слабой связи между резонаторами, то такая связь в простейшем случае реализуется путем их пространственного разнесения. Разнесение резонаторов, приводящее к необходимой величине связи между ними, требует увеличения размеров подложки. Для устранения этого недостатка было использовано круговое размещение резонаторов. Коэффициент связи определяется величиной угловθмежду осями, проходящими через середины щелей и центр.

Весьма привлекательным является использование электрически перестраиваемых фильтров для применения их в адаптивных следящих приемниках. Изменяя величину внешнего магнитного поля, можно осуществлять перестройку в заданном частотном диапазоне.

Такой фильтр был разработан в СПБЭТУ на базе спиновых волн в монокристалле железоиттриевого граната (ЖИГ). Ферритовая эпитаксиальная пленка ЖИГ, выращенная на подложке галлийгадолиниевого граната, непосредственно прикладываемая к пленочной ВТСП структуре. Перестройка частоты осуществляется при изменении подмагничивающего поля, миниатюрными электромагнитами.