Двухполосный пьезоэлектрический фильтр

Двухполосный пьезоэлектрический фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции сигналов в профессиональных радиоприемных устройствах.

Известен полосовой пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий несколько последовательно включенных пьезорезонаторов, к выводам которых подключены конденсаторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной. Такая схема образует полосовой фильтр, который широко используется в технике связи, так как прост в изготовлении, имеет малую чувствительность к отклонению величины элементов, обеспечивает высокую стабильность параметров в интервале рабочих температур и во времени. Этот фильтр выбран нами в качестве прототипа.

Недостатком такого фильтра является то, что при необходимости реализовать фильтр для обработки сигналов частотной телеграфии, когда требуется обеспечить две полосы пропускания (одну для частоты «нажатия», другую для частоты «отжатия») необходимо использовать два полосовых фильтра, работающих параллельно. При этом ухудшается затухание в полосе задерживания, усложняются согласующие окончания, ухудшается коэффициент передачи.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей фильтра-прототипа, одновременное улучшение его согласования с нагрузочными сопротивлениями и обеспечение более симметричной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), приводящей к увеличению коэффициента прямоугольности АЧХ.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий три последовательно соединенных пьезорезонатора, к первому выводу первого пьезорезонатора подключен первый конденсатор, второй вывод которого соединен с общей шиной, ко второму выводу первого пьезорезонатора подключены второй конденсатор и второй пьезорезонатор, второй вывод которого подключен к третьему конденсатору и третьему пьезорезонатору, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с четвертым конденсатором, второй вывод которого соединен с общей шиной, дополнительно введены три катушки индуктивности, первая катушка индуктивности подключена к первому выводу первого пьезорезонатора, второй ее вывод соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу третьего пьезорезонатора, второй вывод этой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, третья катушка индуктивности подключена ко вторым выводам второго и третьего конденсаторов, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с общей шиной, кроме того, параллельно первому пьезорезонатору подключена цепь, состоящая из последовательно включенных четвертого пьезорезонатора и пятого конденсатора, параллельно второму пьезорезонатору включена цепь, состоящая из последовательно соединенных пятого пьезорезонатора и шестого конденсатора, параллельно третьему пьезорезонатору подключена цепь, состоящая из последовательно включенных шестого пьезорезонатора и седьмого конденсатора.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены три катушки индуктивности, первая катушка индуктивности подключена к первому выводу первого пьезорезонатора, второй ее вывод соединен со входной потенциальной клеммой фильтра, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу третьего пьезорезонатора, второй вывод этой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, третья катушка индуктивности подключена ко вторым выводам второго и третьего конденсаторов, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с общей шиной, кроме того, параллельно первому пьезорезонатору подключена цепь, состоящая из последовательно включенных четвертого пьезорезонатора и пятого конденсатора, параллельно второму пьезорезонатору включена цепь, состоящая из последовательно соединенных пятого пьезорезонатора и шестого конденсатора, параллельно третьему пьезорезонатору подключена цепь, состоящая из последовательно включенных шестого пьезорезонатора и седьмого конденсатора.

При сравнении заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими известными в науке и технике техническими решениями, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из трех пьезорезонаторов 1, 2 и 3, при этом к первому выводу первого пьезорезонатора 1 подключен первый конденсатор 4, второй вывод которого соединен с общей шиной, ко второму выводу второго пьезорезонатора 2 подключены второй конденсатор 5 и второй пьезорезонатор 2, ко второму выводу которого подключены третий конденсатор 6 и третий пьезорезонатор 3, второй вывод которого соединен с четвертым конденсатором 7, второй вывод которого соединен с общей шиной. Кроме того, фильтр содержит первую катушку индуктивности 8, первый вывод которой подключен к первому выводу первого пьезорезонатора 1, а второй вывод соединен с входной потенциальной клеммой фильтра; вторую катушку индуктивности 9, соединяющую второй вывод третьего пьезорезонатора и выходную потенциальную клемму фильтра, третью катушку индуктивности 10, первый вывод которой соединен со вторыми выводами конденсаторов 5 и 6, второй вывод этой катушки индуктивности соединен с общей шиной.

Фильтр содержит также первую цепь, состоящую из последовательно соединенных четвертого пьезорезонатора 11 и пятого конденсатора 12, которая подключена параллельно первому пьезорезонатору 1. Вторая цепь, состоящая из последовательно включенных пятого пьезорезонатора 13 и шестого конденсатора 14, подключена параллельно второму пьезорезонатору 2. Третья цепь, состоящая из шестого пьезорезонатора 15 и седьмого конденсатора 16, подключается параллельно третьему пьезорезонатору 3.

Устройство работает следующим образом. Схема, приведенная на фиг.1, может быть представлена в виде трех каскадно включенных звеньев. Первое звено состоит из пьезорезонаторов 1, 11 и конденсаторов 4, 12 с подключенной на выходе емкостной составляющей входного сопротивления второго звена. Второе звено образовано пьезорезонаторами 2, 13, конденсаторами 5, 6 и катушкой индуктивности 10. Третье звено образовано пьезорезонаторами 3, 5, конденсаторами 7, 16 и подключенной на входе этого звена емкостной составляющей, определяемой выходным сопротивлением второго звена.

При одинаковых значениях емкостей конденсаторов 5 и 6 второе звено представляет собой симметричную схему, которая в соответствии с теорией Бартлетта [2] может быть представлена в виде симметричной мостовой, содержащей в каждой паре ее ветвей реактивные двухполюсники Z_a и Z_b соответственно. Частотные зависимости сопротивлений двухполюсников Z_a, Z_b приведены на фиг.2. На частотах ω₁÷ω₂ будет иметь место первая полоса пропускания, на частотах ω₃÷ω₄ - вторая полоса пропускания, на частотах ω₅÷∞ - третья побочная полоса пропускания. Резонансная частота ω₅ определяется емкостью конденсатора 5 и индуктивностью катушки 10, которая выбирается так, чтобы ω₅ была в несколько раз больше частоты ω₄. Полоса пропускания ω₁÷ω₂ образована пьезорезонатором 2, полоса пропускания ω₃÷ω₄, формируемая пьезорезонатором 13, получается (при одинаковых емкостных коэффициентах пьезорезонаторов 2 и 13) шире полосы пропускания ω₁÷ω₂. Подключение конденсатора 14 к пьезорезонатору 13 уменьшает его частотный промежуток и позволяет полосы частот ω₁÷ω₂ и ω₃÷ω₄ сделать равными. Кроме того, такая схема позволяет получить полюс затухания ниже частоты ω₁ и обеспечить увеличение затухания фильтра на частотах от ω=0 до ω=ω₁.

Первое и третье звено по аналогии со вторым образуют двухполосные фильтры, но в отличие от второго их полюса затухания расположены выше частоты ω₂ и они не имеют побочной полосы пропускания.

Катушка индуктивности 8 совместно с частью емкости конденсатора 4 образует фильтр нижних частот, который используется для согласования фильтра с входным нагрузочным сопротивлением [3]. Для согласования фильтра на выходе введена катушка индуктивности 9.

Предложенная схема была использована при реализации фильтра ЧТ-500 на частоту 3,58 МГц. Экспериментальная АЧХ этого фильтра приведена на фиг.3. Фильтр обеспечивает затухание в полосах задерживания 70 дБ, вносимое затухание в полосе пропускания не более 2,5 дБ, ширина полосы пропускания по уровню 3 дБ каждого лепестка АЧХ составляет 145-150 Гц. Объем фильтра 2,0 см³.

Таким образом, приведенная схема трехзвенного фильтра позволяет реализовать АЧХ, имеющую две полосы пропускания, имеющую полюс затухания на частотах, расположенных ниже частоты ω₁, и как следствие этого улучшить коэффициент прямоугольности АЧХ.

При этом побочная полоса пропускания второго звена подавляется в достаточной степени первым и третьим звеньями.

Конденсаторы 12, 14 и 16 дают возможность регулировать ширину полосы пропускания одного из лепестков АЧХ, катушки индуктивности 8 и 9 обеспечивают согласование с нагрузочными эквивалентами на входе и выходе.

Источники информации

1. Велики Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. Связь. М., 1966, стр.177.

2. Гиллемин Е.А. Синтез пассивных цепей. Связь. М., 1970, стр.170-174.

3. Ясинский И.М., Яковлев А.Н. Вопросы согласования пьезоэлектрических фильтров на заданные нагрузки. Техника радиосвязи. Вып.13, 2008, стр.131-139.

Двухполосный пьезоэлектрический фильтр, содержащий три последовательно включенных пьезорезонатора, к первому выводу первого пьезорезонатора подключен первый конденсатор, второй вывод которого соединен с общей шиной, ко второму выводу первого пьезорезонатора подключены второй конденсатор и второй пьезорезонатор, второй вывод которого подключен к третьему конденсатору и третьему пьезорезонатору, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с четвертым конденсатором, второй вывод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены три катушки индуктивности, первая катушка индуктивности подключена к первому выводу первого пьезорезонатора, второй ее вывод соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу третьего пьезорезонатора, второй вывод этой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, третья катушка индуктивности подключена ко вторым выводам второго и третьего конденсаторов, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с общей шиной, кроме того, параллельно первому пьезорезонатору подключена цепь, состоящая из последовательно включенных четвертого пьезорезонатора и пятого конденсатора, параллельно второму пьезорезонатору включена цепь, состоящая из последовательно соединенных пятого пьезорезонатора и шестого конденсатора, параллельно третьему пьезорезонатору подключена цепь, состоящая из последовательно включенных шестого пьезорезонатора и седьмого конденсатора.