патенты

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в акустоэлектронных устройствах частотной и временной обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. Техническим результатом является подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и возможность включения входного аподизованного преобразователя в прямом и обратном включении при равном уровне сигнала прямого прохождения. В фильтре на пьезоэлектрической подложке выполнены входной аподизованный и выходной неаподизованный встречно-штыревые преобразователи, между которыми расположены экран и треугольный фазокомпенсатор в виде металлических пленок, при этом суммирующие шины входного преобразователя выполнены V-образными и определены соотношения размеров основания и высоты фазокомпенсатора с углом наклона части суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения волн. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2121213

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в акустноэлектронных устройствах частотной и временной обработки сигналов на поверхностных акустических волнах, в частности в стационарных и переносных телевизионных приемниках и видеомагнитофонах.

Известен полосовой фильтр, содержащий пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным и выходным преобразователями, один из которых аподизованный, и экраном между ними в виде металлической пленки. Суммирующие шины преобразователей выполнены параллельно распространению ПАВ.

Для снижения уровня отраженных сигналов от торцов подложки на ее поверхность вблизи торцов нанесено поглощающее покрытие.

Недостатком данной конструкции является наличие больших участков нерабочих поверхностей электродов преобразователя, вызывающих большой уровень отражения ПАВ, что приводит к искажениям импульсного отклика преобразователя и фильтра в целом.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство полосового фильтра, содержащее пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности полосозадающим входным преобразователем, аподизованным путем изменения перекрытия штырей электродов, выходным преобразователем и экраном между ними.

В части полосозадающего преобразователя, обращенной к выходному преобразователю, пространство между наклонными суммирующими шинами и границей зоны перекрытия противофазных штырей заполнено проводящим покрытием.

Для обеспечения равенства относительных фазовых набегов ПАВ при ее распространении от границы зоны перекрытия электродов до границы преобразователя выполняется условие: фазовый набег волны, распространяющейся в активной зоне, равен сумме фазовых набегов волны в любом из смещенных относительно оси преобразователя в зонах проводящего покрытия и свободной поверхности пьезоэлектрической подложки.

Одним из недостатков данного устройства являются большие уровни отражения ПАВ от рабочих электродов за счет большого пути прохождения сигнала в зоне перекрытия противоположных штырей преобразователя.

Изобретение направлено на подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и на возможность включения входного аподизованного преобразователя в прямом и обратном включении при равном уровне сигнала прямого прохождения.

При решении данной задачи повышается качество полосового фильтра на ПАВ, что расширяет область его использования.

Полосовой фильтр на ПАВ содержит пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным аподизованным преобразователем, имеющим суммирующие шины, выходным неаподизованным преобразователем и выполненным между ними экраном. Суммирующие шины входного преобразователя выполнены V-образными, а между входным преобразователем и экраном расположен фазокомпенсатор в виде остроугольного треугольника.

Размеры основания и высоты треугольного фазокомпенсатора взаимосвязаны с углом наклона части суммирующей шины входного преобразователя следующими математическими выражениями: a = Z/4-d; b = (L/2)-d)tg, где a - основание треугольного фазокомпенсатора; L - проекция длины входного аподизованного преобразователя на направление распространения ПАВ; d - проекция ширины наклонной части суммирующей шины входного преобразователя на направление распространения ПАВ; b - высота треугольного фазокомпенсатора;  - - угол наклона части суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения ПАВ.

Благодаря скосу суммирующих шин входного аподизованного преобразователя симметрично уменьшается площадь участков нерабочих поверхностей электродов преобразователя, что дает малое различия уровня сигнала прямого прохождения при прямом и обратном включении аподизованного преобразователя.

Это обеспечивает возможность изменения полярности подключения входного аподизованного преобразователя.

Наличие в совокупности признаков заявленного изобретения треугольного фазокомпенсатора, размеры основания и высоты которого взаимосвязаны с углом наклона части суммирующих шин входного преобразователя, вызывает подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и уменьшение отклонения формы АЧХ от расчетной в полосе пропускания.

На фиг. 1 изображен общий вид предложенного устройства, на фиг. 2 - входной преобразователь с наклонной структурой аподизации.

Полосовой фильтр на ПАВ /фиг. 1/ содержит пьезоэлектрическую подложку 1, на поверхности которой выполнены входной аподизованный 2 и выходной неаподизованный 3 встречно-штыревой преобразователь /ВШП/.

Аподизация входного преобразователя 2 имеет наклонную структуру перекрытия электродов, области перекрытия которых симметричны относительно линии, проходящей по диагонали преобразователя /фиг. 2/.

Входной преобразователь 2 на половине проекции своей длины на направление распространения ПАВ имеет скос, так что первая половина суммирующих шин /фиг. 2, участки AB и B"D"/ выполнены параллельно, а другая половина /фиг. 2, участки BD и A"B"/ - под углом  к направлению распространения ПАВ, т.е. суммирующие шины 4 входного преобразователя 2 выполнены V-образными.

Угол наклона  выбирается из условия максимального приближения шины к области перекрытия электродов. Между встречно-штыревыми преобразователями 2, 3 выполнен наклонный к фронту ПАВ экран 5 /фиг. 1/ в виде металлической пленки для уменьшения отражений вдоль оси преобразователя.

Для выравнивания фронта волны введена дополнительная металлизация на подложке - фазокомпенсатор 6. Фазокомпенсатор 6 выполнен в виде остроугольного треугольника, одна сторона которого совмещена со стороной экрана 5.

Размер высоты и основания треугольного фазокомпенсатора 6 взаимосвязаны с углом наклона  части суммирующей шины 4 входного преобразователя 2.

Устройство работает следующим образом.

Подают сигнал на входной аподизованный преобразователь 2. Преобразователь 2 возбуждает ПАВ, которые распространяются вдоль пьезоэлектрической подложки 1 в двух направлениях: в направлении к выходному преобразователю 3 и от него.

При прохождении волны под электродами входного преобразователя 2 происходит отражение поверхностных волн от электродных структур, которые искажают АЧХ фильтра. Величина искажения импульсного отклика зависит от пути прохождения сигнала под нерабочими участками электродов.

Для снижения уровня искажения отражения ПАВ от нерабочих участков электродов уменьшают их область выполнением скосов входного преобразователя 2 /фиг. 2, треугольники BDE, B"A"E"/.

Скошенные области нерабочих электродов состоят из двух равных частей свободной и металлизированной поверхности. Скорость распространения ПАВ в зоне проводящего покрытия /металлизации/ и на свободной поверхности звукопровода различна.

В результате этого возникают искажения фазового фронта волны /фиг. 1, сеч. 1-1/. Для устранения возникающего фазового искажения распространяющиеся волны проходят дополнительную металлизацию - фазокомпенсатор 6.

Размеры фазокомпенсатора 6 выбирают из условия: волна по каждому горизонтальному каналу пьезоподложки 1 проходит путь дополнительной металлизации, равный скошенной металлизации в области нерабочих электродов.

ПАВ с компенсированным фазовым сдвигом /фиг. 1, сеч. 111-111/ проходят к выходному преобразователю 3, где преобразуются в электрический сигнал.

При построении аппаратуры возникает необходимость использования симметричного включения аподизованного преобразователя 2. При данном построении аподизованного преобразователя 2 обеспечивается высокий уровень симметрии по прямому прохождению сигнала за счет того, что площади разноименных электродных структур при данном построении преобразователя 2 равны.

Поэтому при изменении полярности подключения преобразователя 2 уровень прямого прохождения сигнала практически не изменяется, что позволяет использовать данную структуру аподизованного преобразователя 2 в симметричном включении при высоком качестве симметрии электрических сигналов.

Примером конкретного выполнения может служить полосовой фильтр на ПАВ, содержащий пьезоэлектрическую подложку из ниобата лития 15х3х07 мм /ОДО 734.033 ТУ/.

На поверхности подложки методом магнетронного напыления с последующей фотолитографией выполнены входной аподизованный, выходной неаподизованный встречно-штыревые преобразователи, экран и фазокомпенсатор. Наносимые слои: 1/ адгезионный - ванадий ВнПл - 1 или ВнПл-2 /ТУ 48-4-373-76/; толщина слоя 200100 А; 2/ проводящий - алюминий А-995 /ЯЕО.021.157 ТУ/; толщина слоя 0,20,02 мкм.

Проекция длины входного аподизованного преобразователя фильтра на направление распространения ПАВ L равна 6,0001 мм.

Проекция ширины суммирующей шины входного преобразователя фильтра на направление распространения ПАВ d равна 0,1278 мм.

Аподизация входного встречно-штыревого преобразователя имеет наклонную структуру перекрытия электродов. Угол наклона половины суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения ПАВ равен 36,1^o.

Согласно приведенной зависимости размеры основания и высоты треугольного фазокомпенсатора определяются Испытания полосового фильтра на ПАВ показали следующие его преимущества: - высокое подавление сигнала в полосе непропускания в интервале частот и незначительное отклонение формы АЧХ от расчетной в полосе пропускания ввиду снижения уровня отражения ПАВ от нерабочих участков электродной структуры входного преобразователя; - малое различие уровня сигнала прямого прохождения при прямом и обратном включении аподизованного преобразователя, что позволяет изменять полярность подключения входного аподизованного преобразователя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полосовой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ее поверхности входным аподизованным преобразователем, имеющим суммирующие шины, выходным неаподизованным преобразователем и выполненным между ними экраном, отличающийся тем, что суммирующие шины входного преобразователя выполнены V-образными, фильтр снабжен фазокомпенсатором, выполненным в виде остроугольного треугольника, расположенного между входным преобразователем и экраном, при этом одна сторона треугольника совпадает со стороной экрана, а размеры основания и высоты треугольного фазокомпенсатора взаимосвязаны с углом наклона части суммирующей шины входного преобразователя следующими математическими выражениями: a=L/4-d; b=(L/2-d)tg , где a - основание треугольного фазокомпенсатора; L - проекция длины выходного аподизованного преобразователя на направление распространения ПАВ; d - проекция длины ширины наклонной части суммирующей шины входного преобразователя на направление распространения ПАВ; b - высота треугольного фазокомпенсатора;  - угол наклона части суммирующей шины входного преобразователя к направлению распространения ПАВ.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигналов. Задача изобретения - уменьшение вносимых потерь. Самосогласованный (не нуждающийся в элементах согласования) кольцевой фильтр содержит пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной встречно-штырьевые преобразователи (ВШП) с одинарными электродами, размещенными на рабочей поверхности в параллельных акустических каналах и со смещением их центров на величину l = n_o/6, (_o - длина ПАВ на центральной частоте фильтра, n = 1,3,5...), два отражающих многополосковых ответвителя (ОМПО), выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов, при этом периоды электродов ВШП и ОМПО, число пар электродов обоих ВШП выбраны из определенных соотношений, обеспечивающих в самосогласованном режиме меньшие потери на проводимость за счет уменьшенной протяженности электродов обоих ВШП и ОМПО. 11 ил.

Рисунки к патенту РФ 2093954

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиосигналов.

Известен кольцевой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический эвукопровод, входной и выходной встречно -штырьевые преобразователи (ВШП) ПАВ, размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два отражающих многополосковых ответвителя (ОМПО), выполненных в виде широкого канала с периодом электродов a, узкого с периодом электродов b (a > b) и размещенного между ними соединительного канала с периодом электродов на одном крае a, а на другом b. Оба ОМПО размещены на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов [1] Недостатком подобного кольцевого фильтра на ПАВ является то, что для обеспечения малых вносимых потерь требуются согласующие элементы для входного и выходного ВШП. Кроме того, электроды соединительного канала ОМПО имеют большую длину и малую ширину на одном крае, что приводит к большим потерям на проводимость.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самосогласованный ( не нуждающийся в элементах согласования) кольцевой фильтр на ПАВ [2] выбранный в качестве устройства прототипа, содержащий пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной ВШП с расщепленными электродами, размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два ОМПО, выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов. Число расщепленных электродов во входном/выходном ВШП выбирается таким образом, чтобы для данного среза пьезоэлектрика на определенной частоте обеспечить режим самосогласования компенсацию статической емкости ВШП его реактивной проводимостью. В результате чего входной импеданс фильтра на данной частоте близок к активному и определяется уже только апертурой ВШП. Кроме того, ОМПО имеют малую длину и одинаковую ширину электродов соединительного канала. Данное техническое решение позволяет по сравнению с аналогом [1] устранить согласующие элементы за счет обеспечения режима самосогласования для входного/выходного ВШП с расщепленными электродами, уменьшить потери на проводимость соединительного канала ОМПО за счет применения новой конструкции ОМПО.

Однако достигнутый уровень вносимых потерь ограничен конструкцией фильтра на ПАВ.

Поскольку кольцевой фильтр на ПАВ в прототипе выполнен самосогласованным, то при всех прочих равных условиях вносимые потери в фильтре будут ограничены потерями на проводимость в электродах ВШП и ОМПО, которые при одной и той же толщине металлизации зависят от их протяженности [3] Согласно данным по прототипу [2] для обеспечения минимальных потерь кольцевого фильтра в измерительном тракте, например 50 Ом, необходимо, чтобы выполнялся режим самосогласования, а именно: входной/выходной ВШП фильтра имел активный импеданс равный 50 Ом, а статическая емкость ВШП компенсировалась реактивной проводимостью излучения ПАВ (динамической индуктивностью). В прототипе на 164 МГц использовались ВШП с расщепленными электродами на срезе УХ/128^o LiNbO₃. На фиг. 1 (данные из прототипа [2] рис. 11) показана измеренная активная G и реактивная B части входной проводимости Y_вх ВШП с числом пар электродов N 20 и с апертурой W = 73_o(_o -длина ПАВ на центральной частоте фильтра). На частоте 164 МГц входная проводимость ВШП (а значит и фильтра) только активная G 20 мСм, что соответствует сопротивлению R 1/G 50 Ом, а реактивная проводимость B 0. Самосогласование происходит на частоте f_с 164 МГц большей, чем частота синхронизма f₀ V/P 160 МГц (V скорость ПАВ, P период электродов ВШП). На эту частоту 164 МГц и выполняются ОМПО. Как видно из фиг. 1 для обеспечения низкого входного R (например равного 50 Ом) на частоте выше частоты синхронизма в ВШП с расщепленными электродами требуются протяженные апертуры несколько десятков _o Поскольку G  W [4] сопротивление R 1/G 1/W то уменьшить апертуру W при заданном R, а значит снизить потери на проводимость в фильтре возможно, если перейти на частоту ближе к частоте синхронизма (фиг. 1), настроив на эту частоту ОМПО, однако в этом случае на входе/выходе фильтра появится нескомпенсированная емкость, а значит увеличатся потери за счет рассогласования. Таким образом в конструкции прототипа апертура ВШП при заданном сопротивление нагрузок не может быть уменьшена и, следовательно, вносимые потери не могут быть снижены.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение - уменьшение вносимых потерь.

Достижение этого результата обеспечивается тем, что в самосогласованном кольцевом фильтре на ПАВ, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной ВШП ПАВ, размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два ОМПО; выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов согласно изобретению в качестве входного и выходного ВШП использованы ВШП с одинарными (нерасщепленными электродами), а сами ВШП размещены со смещением их центров один относительно другого в направлении распространения ПАВ на величину, выбранную из соотношения l = n(_o/6); n = 1,3,5 ..., где l величина смещения центров ВШП в направлении распространения ПАВ, м; при этом периоды электродов ВШП и ОМПО выбраны из соотношения: P₂ = (1-K²)P₁,  = 0,102 - 0,124, где P₁, P₂ периоды ВШП и ОМПО соответственно, м;  безразмерный коэффициент; K коэффициент электромеханической связи материала звукопровода для ПАВ, а число пар электродов обоих ВШП выбрано из соотношения N₁ = N_o,  = 0,909 - 0,946, N₁ число пар электродов входного и выходного ВШП;  безразмерный коэффициент; N₀= 1,5/K²-оптимальное число пар электродов одиночного ВШП с одинарными электродами.

Известно применение ВШП с одинарными электродами в устройствах на ПАВ [4] и, в частности, в кольцевых ПАВ-фильтрах [1] Известно применение пространственного сдвига на l_o/6 двух ВШП в параллельных акустических каналах для подавления сигнала тройного прохождения [5] Известно применение в кольцевых ПАВ -фильтрах ВШП и ОМПО с различными периодами электродов [2] Известно, что для обеспечения режима самосогласования и одиночных ВШП с одинарными электродами используется определенное число пар электродов N₀, обратно пропорциональное к материалам звукопровода [6] Однако в заявляемом устройстве предлагается в совокупности с известными ОМПО в качестве входного и выходного ВШП использовать ВШП с одинарными электродами в режиме самосогласования. В этом случае, как показали эксперименты на различных срезах LiNbO₃, частоту самосогласования f_с удается сместить в область больших значений G (f_с практически совпадает с f₀), а поскольку G  W, следовательно, заданному значению входной проводимости, например G 1/50 Ом, потребуется меньшее значение W. При использовании в самосогласованном кольцевом фильтре ВШП с одинарными электродами при заданном сопротивлении нагрузок, например 50 Ом, потребуются менее протяженные электроды, чем в случае с ВШП с расщепленными электродами, т.е. потери на проводимость в заявляемом фильтре будут меньше, чем в известном устройстве.

Пространственный сдвиг входного/выходного ВШП в параллельных акустических каналах на n_o/6 в заявляемом устройстве введен для подавления трехпролетного сигнала, искажающего существенно форму амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра в полосе пропускания, эффект самосогласования, а значит и приводящего к дополнительным потерям. Трехпролетный сигнал обусловлен использованием в кольцевом фильтре ВШП с одинарными электродами [7] В ВШП же с расщепленными электродами, как в прототипе, он значительно подавлен [7] Кроме того, условие самосогласования для ВШП с одинарными электродами в кольцевом фильтре как показали эксперименты несколько отличается от соответствующего условия для одиночного ВШП за счет влияния ОМПО, корпуса, соединительных проводников, подавления трехпролетного сигнала. Это привело к использованию определенного числа пар электродов N₁ отличного от N₀ во входном/выходном ВШП, для данного среза пьезоэлектрика, обеспечивающего оптимальное согласование с нагрузками и минимум потерь в фильтре. И, наконец, соотношение между периодами ВШП и ОМПО выбрано из условия совмещения центральной частоты ОМПО и f_c1 ВШП, для обеспечения минимума потерь в фильтре.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию "новизна", поскольку не известно сходное техническое решение, совпадающее по сочетанию признаков с заявляемой совокупностью существенных признаков.

На фиг. 1 показана частотная зависимость входной проводимости Y_вх ВШП с расщепленными и одинарными (нерасщепленными) электродами в режиме самосогласования при апертуре W = 73_o На фиг. 2 приведена конструкция предлагаемого самосогласованного кольцевого ПАВ-фильтр с ОМПО с тремя полосковыми электродами на периоде их структуры. На фиг. 3 приведен ОМПО с четырьмя полосковыми электродами на периоде его структуры, который может быть использован в предлагаемом кольцевом фильтре. На фиг. 4 показана частотная зависимость входной проводимости Y_вх, ВШП для случая одинарных электродов при W = 49,6_o На фиг. 5 показана АЧХ кольцевого ПАВ фильтра без подавления трехпролетного сигнала и с его подавлением, на фиг. 6 упрощенная схема предлагаемого кольцевого ПАВ-фильтра. На фиг. 7 и 8 даны экспериментальные частотные зависимости входного сопротивления кольцевого фильтра с различным числом электродов во входном/выходном ВШП, а на фиг. 9 показаны сравнительные АЧХ фильтров для этих условий. На фиг. 10, 11 представлены экспериментальные АЧХ предлагаемого фильтра.

Кольцевой фильтр ( фиг. 2 и 3) содержит пьезоэлектрический звукопровод 1, входной 2 и выходной ВШП 3 с одинарными электродами с периодом P₁, размещенными на рабочей поверхности в параллельных акустических каналах 4 и 5 и со смещением их центров на величину l = n_o/6 два ОМПО 6 и 7, выполненных с тремя (фиг. 2) или четырьмя ( фиг. 3 ) полосковыми электродами на периоде P₂ их структуры и размещенных на рабочей поверхности звукопровода по обе стороны от входного 2 и выходного ВШП 3 с перекрытием апертур обоих акустических каналов 4 и 5.

Принцип работы предлагаемого кольцевого фильтра на ПАВ подобен принципу, используемому в известном устройстве (прототипе), и основан на эффекте локализации акустической энергии, излученной входным ВШП 2 в оба направления в акустическом канале 4, выходным ВШП 3 в акустическом канале 5. Это достигается с помощью двух ОМПО 6 и 7, обеспечивающие передачу ПАВ между каналами 4 и 5. Малые вносимые потери определяются видом ОМПО, выбранной конструкцией ВШП 2 и 3 и их согласованием с внешними нагрузками. В конструкции кольцевого фильтра используются ОМПО как с тремя, так и с четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры P₂[2] Согласование с внешними нагрузками осуществляется так же как в прототипе 2 без использования внешних LC - элементов (за счет самосогласования), когда обеспечиваются заданные активные входные/выходные импедансы фильтра за счет компенсации статической емкости ВШП его реактивной проводимостью излучения и выбором апертуры W ВШП 2 и ВШП 3.

Эффект уменьшения вносимых потерь в предложенном самосогласованном кольцевом ПАВ-фильтре основан на том, что при одних и тех же сопротивлениях нагрузок (например 50 Ом) удается снизить потери на проводимость в ВШП и ОМПО по сравнению с известным устройством [2] за счет уменьшения протяженности их апертур.

Обратимся к экспериментальному графику частотной зависимости Y_вх ВШП с расщепленными электродами (как в прототипе) и с одинарными электродами как в предложенном устройстве (фиг. 1). В обоих случаях ВШП находятся в режиме самосогласования. Здесь G и B активная и реактивная составляющие Y_вх для расщепленных электродов, G и B активная и реактивная составляющие Y_вх1 для одинарных электродов. Оба ВШП имеют одну и ту же частоту синхронизма f₀ 160 МГц. Материал звукопровода YX/128^o (K² 0,055) количество пар электродов в первой случае N=20, во втором N₁ 27. Апертуры обоих преобразователей одинаковы и составляют W = 73_o Как видно из графиков в случае расщепленных электродов режим самосогласования (B 0) наблюдается на частоте f_c=164 МГц, что в 1,025 раза больше частоты синхронизма. На частоте f_c G=20 мСм, что соответствует R 1/G 50 Ом. В случае одинарных электродов режим самосогласования (B₁ 0) наблюдается на частоте f_c1 161 МГц, очень близкой к f₀. В этом случае величина G₁ 28 мСм, что соответствует R₁ 1/G₁ 36 Ом. Таким образом при использовании одинарных электродов в ВШП в режиме самосогласования удается при одинаковых значениях W получить большее значение G, или меньшее значение R. Теперь, чтобы обеспечить ту же величину входного сопротивления (например 50 Ом), очевидно нужно уменьшить G за счет уменьшения W, поскольку G  W [4] На фиг. 4 приведена зависимость G и B для ВШП с одинарными электродами при W = 49,6_o Как видно из фиг. 4 на частоте f_c1 161 МГц G₁ 20 мСм 1/50 Ом, B₁ 0. Таким образом при использовании ВШП с одинарными электродами для обеспечения одного и того же значения входной активной проводимости (или сопротивления) потребовалось W приблизительно в 1,5 раза меньше, чем при использовании ВШП с расщепленными электродами. Уменьшение же апертуры ВШП, а значит и ОМПО приведет к уменьшению потерь на проводимость [3] или вносимых потерь в самосогласованном кольцевом фильтре. Аналогичные закономерности можно привести и для других срезов LiNbO₃, например, широко используемых YX/41^o, YX/49^o, YX/64^o.

Поскольку в предложенном кольцевом фильтре с малыми потерями использованы ВШП с одинарными электродами, то в этом случае возникает трехпролетный сигнал [7] который существенно искажает форму АЧХ фильтра в полосе пропускания, "смазывает" условие самосогласования и может свести на нет эффект уменьшения вносимых потерь. На фиг. 5 показана АЧХ кольцевого ПАВ-фильтра на YX/49^o LiNbO₃ с одинарными электродами во входном/выходном ВШП без подавления трехпролетного сигнала (график 1) и с его подавлением (график 2). Как видно из фиг. 5 (график 2) при подавлении трехпролетного сигнала в фильтре меньшие потери и лучшая форма АЧХ. Для подавления трехпролетного сигнала ВШП 2 и ВШП 3 размещены со смещением их центров один относительно другого в направлении распространения ПАВ на величину 1 выбранную из соотношения l = n(_o/6); n = 1,3,5 ... В этом случае трехпролетные сигналы, пришедшие слева и справа в выходном ВШП 3 (фиг. 2) складываются в противофазе, а полезные сигналы в фазе. Рассмотрим упрощенную схему предложенного кольцевого фильтра (фиг. 6). Здесь l смещение между центрами ВШП 2 и ВШП 3; S, S+l расстояния от центра ВШП до центра соответствующего ОМПО. Как видно из фиг. 6 фаза трехпролетного сигнала, пришедшего слева к ВШП 3, где  = 2f_o, _1ТПС = 3S/V время задержки трехпролетного сигнала, пришедшего справа к ВШП 3, а фаза трехпролетного сигнала, пришедшего справа к ВШП 3, где _2ТПС = 3(S+l)/V время задержки трехпролетного сигнала, пришедшего справа к ВШП.

Сдвиг фаз между этими трехпролетными сигналами в ВШП 3 составит Таким образом трехпролетные сигналы в ВШП 3 полностью компенсируются. Для полезных сигналов, пришедших слева к ВШП 3, фаза составит а для полезного сигнала, пришедшего справа к ВШП 3 фаза равна Сдвиг фаз между этими полезными сигналами в ВШП 3 составит т.е. полезные сигналы в ВШП 3 складываются без ослабления.

Следует заметить, что при использовании ВШП с расщепленными электродами как в прототипе, смещение между ВШП 2 и ВШП 3 вводить не нужно, поскольку в этом случае трехпролетный сигнал существенно подавлен [7] Для обеспечения минимальных вносимых потерь, в предложенном кольцевом фильтре очевидно нужно, чтобы рабочая частота ОМПО 6 и 7 (f_ОМПО) совпадала с частотой самосогласования f_c1 ВШП 2 и ВШП 3 (B₁ 0, фиг. 4). Эта частота для ВШП с одинарными электродами находится значительно ближе к его частоте синхронизма f₀ в отличие от случая с расщепленными электродами (фиг. 1). Эту зависимость можно идентифицировать для среза YX/128^oLiNbO₃ на частоте синхронизма f₀ 160 МГц, где сдвиг между f₀ и f_c1 по многочисленным экспериментальным данным составляет 0,9 1,1 МГц (фиг. 4). Тогда для обеспечения минимума потерь в самосогласованном кольцевом фильтре на срезе YX/128^o, (K²₁ 0,055) необходимо, чтобы f_ОМПО  160,9 161,1 МГц, а относительный частотный сдвиг составлял ₁ 0,0056 0,0068.

Для другого среза с коэффициентом электромеханической связи K²₂ относительный частотный сдвиг будет иметь значение ₂ которое очевидно будет прямо пропорционально K²₂ т.е.

Поскольку f₀ V/P₁, f_ОМПО V/P₂, где P₁, P₂ период электродов ВШП и ОМПО соответственно, тогда ₂ имеет вид Из (2) найдем P₁ / P₂ 1 ₂ Учитывая (1) Подставляя значения ₁ 0,0056 0,0068, K²₁ 0,055, обозначая  = ₁/K²₁ и заменяя K²₂ на K² окончательно имеем P₂ = (1-K²)P₁,  = 0,102 - 0,124. Как известно, получение чисто активного входного импеданса ВШП с одинарными электродами обеспечивается при выборе оптимального числа пар электродов N₀ в ВШП из соотношения N₀ 1,5/K² [6] Это условие самосогласования было получено теоретически и подтверждено экспериментально для одиночного ВШП с шириной электродов _o/4 когда статическая емкость ВШП компенсируются реактивной проводимостью излучения ПАВ. В реальном устройстве кольцевом фильтре на ПАВ эффект самосогласования "смазывается" отраженными сигналами, влиянием ОМПО, корпуса, соединительных проводников и другими паразитными эффектами. На фиг. 7 показана измеренная частотная характеристика входного импеданса 164 МГц фильтра на срезе YX/128^o с оптимальным числом пар электродов во входном/выходном ВШП для данного среза N₀ 1,5/K² 27,5. Как видно из фиг. 7, на частоте 164 МГц входной импеданс имеет индуктивную составляющую, что является нежелательным, поскольку это приводит к дополнительным потерям в фильтре. Устранить этот эффект можно, подключив дополнительную емкость ко входному/выходному ВШП или изменив число электродов в них ( в данном случае уменьшив его по сравнению с условием N₀ 1,5/K² ), чтобы уменьшить индуктивную составляющую реактивной проводимости излучения ПАВ. На фиг. 8 показана измеренная частотная характеристика входного импеданса фильтра с уменьшенным по сравнению с N₀ числом пар электродов во входном/выходном ВШП до значения  25 26. Как видно из фиг. 8 на частоте 164 МГц входной импеданс близок к активному и составляет 60 Ом. В этом случае устраняются потери на рассогласование. На фиг. 9 показаны сравнительные АЧХ фильтров на срезе YX/128^o с числом пар электродов во входном/выходном ВШП N₀ 27,5 ( график 1) и  25-26 (график 2). Как видно из фиг. 9 (график 2) при уменьшенном числе пар электродов по сравнению с N₀ во входном/выходном ВШП в фильтре достигаются меньшие потери. Аналогичные эффекты наблюдались и в фильтрах на срезах YX/64^o и YX/49^o. Следует заметить, что чем больше значение K² используемого среза LiNbO₃, тем меньше число пар электродов во входном/выходном ВШП кольцевого фильтра, необходимое для самосогласования, отличается от N₀. Эту найденную закономерность можно обобщить, использовав данные многочисленных экспериментов для фильтров на срезе YX/128^o LiNbO₃, где условие самосогласования заметно отличается от N₀ 1,5 /K² 27,5. Обозначим Поскольку для YX/128^o LiNbO₃  25 -26 (фиг. 8), тогда ₁ может принимать значения ₁ 0,0545 0,091. Из данных экспериментов (N₀ )  1/K², а N  1/K², то ₁ не зависит от K² и приблизительно одинакова для всех срезов LiNbO₃. Для другого среза получим другое число пар электродов N₁ во входном/выходном ВШП, необходимое для самосогласования и  имеющее то же значение, что и ₁: Из (3) найдем N₁ N₁ = (1-₁)N_o. Учитывая, что ₁ 0,0545 0,091, и обозначив 1 - ₁ =  окончательно получим число пар электродов N₁ во входном/выходном ВШП, необходимое для самосогласования в кольцевом фильтре, N₁ = N_o,  = 0,909 - 0,946. Следует подчеркнуть, что предложенные отличительные признаки заявляемого технического решения, касающиеся выбора численных значений l, P₁, P₂, N₁ хотя и представлены в формульном виде, но получены путем обобщения многочисленных экспериментов и не могут быть выведены теоретически. Для достижения технического результата уменьшение вносимых потерь - необходимо использование только всей совокупности отличительных признаков, т.к. отсутствие любого из них ведет к недостижению отмеченного результата. Так, например, признак, касающийся взаимного смещения входного/выходного ВШП, хота и известен как средство подавления трехпролетного сигнала, но в заявляемом устройстве он используется для обеспечения условий самосогласования ВШП с одинарными электродами в кольцевом фильтре с ОМПО, т.е. в конечном счете по тому назначению, по которому он ранее не использовался. То же самое можно сказать и о других отличительных признаках.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были изготовлены опытные образцы фильтров на ПАВ на звукопроводах из LiNbO₃ срезов YX/49^o и YX/128^o ОМПО выполнялись с 3-мя электродами на периоде их структуры. Поверхностное сопротивление алюминиевых электродов составляло 0,05 Ом/  АЧХ фильтров, измеренные в согласованных трактах показаны на фиг. 10,11. Измеренные вносимые потери составили 1 дБ. Сравнение характеристик изготовленных образцов с известными устройствами приведено в таблице. Известное устройство на срезе YX/49^o [8] сделано точно по такому же принципу как и прототип на срезе YX/128^o [2] Из таблицы следует, что предлагаемый кольцевой самосогласованный фильтр обеспечивает меньшие на 1,3-2,5 дБ вносимые потери и меньшую неравномерность АЧХ в более широкой полосе пропускания при одних и тех же сопротивлениях нагрузок и отсутствии согласующих элементов.

Применение подобных кольцевых фильтров на ПАВ во входных цепях радиоаппаратуры позволит улучшить ее чувствительность и динамический диапазон за счет уменьшения вносимых потерь.

Источники информации 1. Заявка Франции N 2290785, H 03 h 9/00, 1976. аналог.

2. Pollock W. et al. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1983, p. 87-92 - прототип.

3. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов. Под ред. Б.Ф. Высоцкого и В.В. Дмитриева М. Радио и связь, 1985, с. 82 84.

4. Smith W.R. et al. IEEE Trans. 1969, v. MTT-17, N 11, p. 865-873 5. Речицкий В.И. Радиокомпоненты на поверхностных акустических волнах.- М. Радио и связь, 1984, с. 34.

6. Hikita M. et al. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1984, p. 82-92.

7. Bristol T.W. et al. Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1972, p. 343-345.

8. D.Zhang, Y.A. Shui. Electron. Lett. 1985, v. 21, N 13, p. 559-560.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Самосогласованный кольцевой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащий пьезоэлектрический звукопровод, входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП), размещенные на рабочей поверхности звукопровода в параллельных акустических каналах, два отражающих многополосковых ответвителя (ОМПО), выполненных с тремя или четырьмя полосковыми электродами на периоде их структуры и размещенных по обе стороны от входного и выходного ВШП с перекрытием апертур обоих акустических каналов, отличающийся тем, что в качестве входного и выходного ВШП использованы ВШП с одинарными электродами, а сами ВШП размещены со смещением их центров один относительно другого в направлении распространения ПАВ на величину, выбранную из соотношения l = n_o/6, n 1, 3, 5.

где l величина смещения центров ВШП в направлении распространения ПАВ, м; _o - длина волны ПАВ на центральной частоте фильтра, м, при этом периоды электродов ВШП и ОМПО выбраны из соотношения P₂ = (1-k²)P₁,  = 0,102 - 0,124, где P₁ и P₂ периоды ВШП и ОМПО, соответственно, м;  - безразмерный коэффициент; k коэффициент электромеханической связи пьезоэлектрического материала звукопровода для ПАВ, а число пар электродов как в входном, так и в выходном ВШП выбрано из соотношения N₁ = 1,5k²  = 0,909 - 0,946, где N₁ число пар электродов как входного, так и выходного ВШП;  - безразмерный коэффициент.