РЕЗОНАТОРНЫЕ ПАВ-ФИЛЬТРЫ ДЛЯ СИСТЕМ СВЯЗИ

May 20, 2012 by admin Комментировать »

Синицына Т. В., Прапорщиков В. В. ООО «БУТИС-М», Москва – 123060, Россия Тел.: (095) 196-82-80; e-mail: Butis.M@ru.net Багдасарян А. С. ЗАО «НПП «ЭЛКО», Москва – 105275, Россия Тел.: (095) 995-01-64; e-mail: Butis.M@ru.net

Аннотация – 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

Частота, МГц

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

II.  Основная часть

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. Fig. 1. Theoretical (continuous line) and experimental (dotted line) characteristics: a) LCRF; в) U-MSCF; c) RMSCF

В данной работе были исследованы конструкции ПАВ-фильтров, принцип действия которых основан на частичном отражении ПАВ от масса- электрических неоднородностей на поверхности зву- копровода. 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 P-матрица, связывающая параметры входящей и выходящей волн в каждом час- тотно-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. 1 в) 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 продольносвязанного 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.

I.    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.

II.   Список литературы

[1]    Abbot В., Hartmann С., 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 LJ- 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.

SAW RESONATOR FILTERS FOR COMMUNICATIONS SYSTEMS

Sinitsyna Т. V., Praporchtshikov V. V.

«BUTIS-М», Ltd.

Moscow – 123060, Russia Phone: (095) 196-82-80; e-mail: Butis.M@ru.net Bagdasarian A. S.

«ELKO», Ltd., Moscow – 105275, Russia Phone: (095) 995-01-64; e-mail: Bagdassarian@mail.ru

Abstract – The results of researches of designs of low-loss resonator SAW filters, intended for usage in input cascades of different communications systems are presented. The filters for a wide spectrum of passbands 0,5 … 10 % are practically realized.

I.  Introduction

Now filters on surface acoustic waves (SAW) is one of the basic devices executing frequency selection in modern communications systems. They provide high parameter stability of systems and have small sizes and effective enough cost. Use of new designs and materials considerably allows expanding area of their application that is caused by an opportunity of a decrease of the insertion attenuation level up to 1 … 6 dB in such filters.

II.  Main part

In this work the designs of SAW filters which principle of operation is based on partial reflection of the wave from weight

–  electrical heterogeneities on a surface plate were investigated. By development of computational methods a modified P-matrix and main specifications of the COM – theory [1] obtained by an experimental way were used. The software is executed on the MathCAD base.

Longitudinally-coupled resonator filters (LCRF). The small level of an insertion loss was achieved due to use bilateral reception and additional reflection gratings on edges of topology [2]. The cascading method (2 … 4 cascades) was applied to maintenance of high out-of-band selectivity (up to 60 dB). Filters on frequency band 100 … 800 MHz with passband width 0.5 … 7 % including SAW filters on 6 … 60 television ethereal channels are practically realized (Fig. 1a – amplitude-frequency characteristic of the 29 channel filter). Depending on bandwidth and required selectivity the level of insertion attenuation is 0.8 … 5.0 dB.

SAW filters exploiting U-shaped multistrip couplers (U- MSCF). The directivity of radiation in this design is provided due to spatial overlapping of the lateral transducers and 3 dB-MSCs

[3]    . The filters on 4 and 5 (Fig. 1b) television channels with passband 10 % and 8,5 % accordingly are realized on the given type of a design. The level of insertion attenuation did not exceed 4.5 dB.

SAW resonator filters exploiting reversive multistrip couplers (RMSCF) represents the two-channel design containing input and output transducers and two RMSC arranged on the topology edges [4]. Advantage of a design is the weak sensitivity of a filter response to the transducer position. Except this the two-channel inclusion allows to exclude influence of volumetric waves that is important for obtaining high selectivity of filters in out-of-band area of the characteristic. Filters on frequency range 40 … 400 MHz with passband 1 … 3 % and level of an insertion attenuation 2,0 … 5,0 dB are practically realized, Fig. 1c.

III. Conclusion

The design methods of decrease of the insertion attenuation level of SAW filters are investigated. That has allowed use them in input cascades of modern communications systems of different purpose.

Аннотация – На основе строгой электродинамической теории с учетом возбуждаемых закритических мод выполнено исследование влияния геометрических параметров на полосовые свойства фильтра в виде отрезка круглого периодически гофрированного волновода.

I.  Введение

В работе [1] на основе метода преобразования координат предложена строгая электродинамическая теория возбуждения азимутально-симметричных Eoi волн нерегулярного гофрированного волновода.

В работе [2] на основе уравнений [1] предложена модель для расчета фильтра в виде отрезка периодически гофрированного, цилиндрического волновода заграждающего Е01 волну. Выполнены расчеты его параметров и амплитудно-частотных характеристик на основе упрощенных моделей без учета возбуждаемых закритических волн.

В настоящей работе на основе устойчивого метода блочной матричной прогонки [3] выполнены расчеты фильтра [2] с учетом закритических волн, которые показали в частности, что ошибка их усечения может достигать от 2% до 50%.

II.                            Геометрия фильтра

Схема работы и геометрия фильтра представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Fig. 1

Все геометрические параметры приведены в единицах с/ю0, со0 – выбранная при обезразмерива-

нии опорная частота, с – скорость света.

Внутренний радиус гофра задавался в виде:

РАСЧЕТ ФИЛЬТРА Е01-ВОЛНЫ НА ОТРЕЗКЕ ГОФРИРОВАННОГО ВОЛНОВОДА

Кураев А. А., Лущицкая И. В., Синицын А. К. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, Минск – 220027, Беларусь Тел.: +3 (7517) 239-84-98, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by, sinitsyn@bsuir.unibel.by

AV – количество волн гофра на длине L фильтра, dr=L/nr– период гофра. Внутренний радиус Ьп

фильтра сопряжен с регулярным одномодовым волноводом: 2,403 <Ь0<5,136.

III.  Метод расчета

При расчете фильтра использовались уравнения (1) [3] при су = 0. В граничных условиях (3), (4) [3], для распространяющейся волны полагалось на входе

^=1, ёп=0 и, подбирая параметры dvjivJy минимизировалась величина Р+ (L). В результате для заданной геометрии фильтра рассчитывался его коэффициент затуханияПри правильном

подборе параметров вдоль фильтра устанавливается характерное распределение мощностей прямой

P+(z) и обратной Р~(г)волн (рис. 2а), и амплитуд

основной Ai и закритических мод, составляющих суммарное волновое поле [1, 3] (рис. 26). Амплитуды закритических мод затухают на регулярных участках.

IV.  Результаты расчета

Рис. 2. Fig. 2 При расчете амплитудно-частотных характеристик rQV), где, а – рабочая частота, вначале

при заданной глубине гофра h на базовой частоте W = 1 подбирался период d при котором достигается максимальное Г, после этого при фиксированных h и d рассчитывалась зависимость Г(Щ. На рис. 3, 4 представлены частотные характеристики фильтра для двух значений Ь0 = 2,75 (вблизи запирания волновода) и Ь0 = 4 (вдали запирания).

Анализ результатов расчета с различным числом закритических волн показал, что их не учет приводит к значительному занижению коэффициента затухания Г (до 50%) при глубокой гофрировке (h> 1,2), хотя качественная картина, предсказанная по одномодовой модели [2] сохраняется.

Вблизи запирания волновода отрезок с глубокой гофрировкой работает как фильтр нижних частот (рис. 3 кривая 3), вдали запирания – как полосовой фильтр (рис. 4).

Рис. 3. Fig. 2 b0=2.75, nv=4, 1-h=0.6, d=5.06; 2-h=1, 6=4.55; 3-h=1.4, d=4.1

Puc. 3. Fig. 2 b0=4, nv=4, h=0.6, 6=3.7; 2-h=1, d=3.5; 3-h=1.4, d=3.25

Расчеты показали, что, увеличивая количество периодов гофра, а также их глубину, можно получить затухание более 60 дБ в полосе до 40%.

IV. Список литературы

[1 ] Гуринович А. Б., Кураев А. А., Синицын А. К. Электродинамическая теория ЛБВ-0 на гофрированном волноводе с учетом высших гармонических составляющих сигнала // Электромагнитные волны и электронные системы. 2000, т. 5, № 6, С. 11-16.

[1]    Кураев А. А., Лущицкая И. В., Синицын А. К. Исследование фильтра для е01 волны на основе отрезка круглого гофрированного волновода // Известия Белорусской инженерной академии. 2003, № 1 (15)/1, С. 158-161.

[2]    Батура М. П., Кураев А. А., Синицын А. К. Оптимизация релятивистских ЛБВ-0 на нерегулярных волноводах с учетом высших мод. // KriMiKo 2004.

CALCULATION OF Е01 MODE FILTER FOR THE GOFFERED WAVE-GUIDE INTERVAL

Kurayev A. A., Lushchytskaya I. V., Sinitsyn A. K.

Byelarusian State University of Informatics and Radioelectronics

6,               P. Brovka St., Minsk – 220027, Byelarus Tel.: +3 (7517) 239-84-98 E-mail: sinitsyn@bsuir. unibel. by

Abstract – On the basis of the strict electrodynamic theory in view of raised supercritical cut-off mode the study of influence of geometrical parameters on strip properties of the filter as a part of a round periodically foffered wave-guide was carried out.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты