Научная статья на тему 'Особенности проектирования узкополосных температурностабильных фильтров на поверхностных акустических волнах на резонаторах с поперечной акустической связью'

Особенности проектирования узкополосных температурностабильных фильтров на поверхностных акустических волнах на резонаторах с поперечной акустической связью Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
334
58
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕМПЕРРАТУРНОСТАБИЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ / ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ / ПОПЕРЕЧНО СВЯЗАННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Орлов В. С., Шварц А. Л., Швец В. Б.

Типичное значение относительной полосы пропускания темперратурностабильных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с использованием поперечно связанных резонаторов (ПСРФ) на кварцевых подложках обычно составляет от BW= 0,05 до 0,1%. Исследуются причины, ограничивающие полосу пропускания, и описываем некоторые особенности проектирования ПСРФ с более широкими полосами пропускания BW= (0,15 0,3)%, на кварце. Показано также, что можно расширить максимальную полосу пропускания до BW= (1,35%) для высокоизбирательных фильтров с комбинированной акустоэлектрической поперечной связью между резонаторами на основе нового, также температурностабильного материала тетрабората лития (LBO). Результаты исследований иллюстрируются экспериментальными характеристиками ПСРФ четырех типов: 130 MГц полосой BW = 0,054%,868 MГц с полосой BW= 0,18%, 248 MГц с полосой BW= 0,16%. Эти фильтры изготавливались на кварцевых подложках среза yxl/33,3 град. Фильтр на 71 MГц с полосой BW = 0,3% был изготовлен на LBO среза zyx/45 град.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Орлов В. С., Шварц А. Л., Швец В. Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности проектирования узкополосных температурностабильных фильтров на поверхностных акустических волнах на резонаторах с поперечной акустической связью»

Особенности проектирования узкополосных температурностабильных фильтров на поверхностных акустических волнах на резонаторах с поперечной акустической связью

Ключевые слова: темперратурностабильные фильтры, поверхностные акустические волны, поперечно-связанные резонаторы.

Орлов В.С., Шварц А.Л., Швец В.Б.

Типичное значение относительной полосы пропускания темперратурностабильных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с использованием поперечно-связанных резонаторов (ПСРФ) на кварцевых подложках обычно составляет от BW = 0,05 до 0,1%. Исследуются причины, ограничивающие полосу пропускания , и описываем некоторые особенности проектирования ПСРФ с более широкими полосами пропускания BW = (0,15-0,3)%, на кварце. Показано также, что можно расширить максимальную полосу пропускания до BW = (1,35%) для высокоизбирательных фильтров с комбинированной акустоэлектрической поперечной связью между резонаторами на основе нового , также температурностабильного материала- тетрабората лития (І.ВО). Результаты исследований иллюстрируются экспериментальными характеристиками ПСРФ четырех типов: 130 МГц полосой BW = 0,054%, 868 МГц с полосой BW = 0,18%, 248 МГц с полосой BW = 0,16%. Эти фильтры изготавливались на кварцевых подложках среза ух1/33,3 град. Фильтр на 71 МГц с полосой BW = 0,3% был изготовлен на .ВО среза zyx/45 град.

1. Введение

Сверх-узкополосные ( В (V = 0,05 - 0,1 % ) фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) широко используются в интервале частот от 70 до 1000 МГц и обычно строятся на основе поперечно-связанных резонаторов (ПСРФ). Они обладают высокой избирательностью £/Л = 50-60 дБ в полосе заграждения, хорошим коэффициентом прямоугольности АЧХ ЯР =1,5-1,8 и малыми вносимыми потерями И = 2,5-6,0 дБ [1,2,3]. Необходимость реализации сверх-узкой полосы пропускания ( ВIV = 0,05 — 0,1 %) требует использования температурностабильных материалов подложек таких фильтров. В подавляющем большинстве случаев в качестве материала подложки применяются различные срезы кварца , обеспечивающие температурный коэффициент частоты ТКЧ = 40,036-0,042) ррт/°С‘. Однако малый коэффициент электро-механической связи кварца ограничивает достижение предельно широких полос пропускания таких фильтров.

В данной статье мы продолжили исследовать [4] причины, ограничивающие максимальные полосы пропускания многоре-зонаторных фильтров на кварце с относительно широкими полосами пропускания: акустическая или электрическая связь между резонаторами, согласование крайних резонаторов, нежелательные резонансы в полосе заграждения, коэффициент электромеханической связи к.\ материала подложки. Кроме того , рассмотрены возможности расширения достижимых полос пропускания ПСРФ за счет применения сравнительно нового темературностабильного материала — ЬВО, обеспечивающего температурный коэффициент частоты ТКЧ = -(0,3-0,6) ррт/ С". При исследовании использовались две модели. Модифицированная модель эквивалентных схем Мэзона [5] применялась для расчета одиночного одно-входового резонатора или пары акустически связанных резонаторов как на основной, так и нежелательных модах. Модель эквивалентных лестничных цепей для монолитного кристаллического фильтра (МКФ) [6] была использована при расчете характеристик многозвенных ПСРФ.

2. Анализ многорезонаторных структур

2.1. Структуры с чисто акустической связью

Независимо от используемого материала подложки , много-резонаторные ПСРФ можно представить в виде четырехполюсника, образованного входным и выходным электроакустическими преобразователями (ЭАТ) и каскадно включенными акустическими резонаторами, соединенными между собой и ЭАТ посредством элементов акустической или электрической связи. Добротность акустических резонаторов среди других причин зависит и от коэффициента электромеханиче-

ской связи к.ч материала подложки. Передаточная функция ПСРФ определяется частотно-зависимыми процессами во всех составляющих компонентах: преобразователях, резонаторах, элементах связи и согласующих цепях. При этом величина коэффициентов связи между соседними резонаторами зависит от требуемого вида передаточной функции фильтра (Чебышева, Баттерворта, Гаусса или другой) при заданных пульсациях амплитуды и группового времени запаздывания (ГВЗ) в полосе пропускания. Для корректности сравнения мы будем рассматривать фильтры только с баггервортовской передаточной функцией, имеющей минимальные пульсации амплитуды и максимально плоскую зависимость ГВЗ в полосе пропускания [7].

Рассмотрим сначала ограничения максимальной полосы пропускания, определяемые только свойствами бесконечной акустической системы с идентичными резонаторами при чисто акустической связи между ними. В узкой полосе частот два (три, четыре и т.д.) акустических резонатора в такой системе можно рассматривать в виде связанных электрических ЯЬС резонаторов. Электрическая схема такой системы сходна со схемой для монолитного кристаллического фильтра, (рис. 1, 2). При одинаковых резонаторах нормированные коэффициенты связи между электрическими резонаторами будут К у = С, / С# ,

где С„ - эквивалентная емкость связи. Передаточная функция такой системы будет иметь ряд экстремумов на частотах связи /т в полосе пропускания. Для фильтров порядков М = 2-6 число экстремумов равно числу М связанных резонаторов, а расстояния между экстремумами определяется величиной связи Кц между ними. Будем считать, что расстояние между крайними экстремумами (частотами связи /х и /м) равно полосе пропускания фильтра с М резонаторами, т.е. =/А,.

І2 С2

- Д1 _

0 тт ,

(а)

Рис. 1. Два акустически связанных резонатора (а) и их эквивалентная схема (б)

Я, Я, Я, 9 Г1 12 9.1 г2

X х^

* тт Т гг

(а)

Рнс. 2. Три акустически связанных резонатора (а) и их эквивалентная схема (б)

Можно показать, что в системе из двух связанных резонаторов ( М = 2, рис. 1) полоса пропускания

^2 = 4^2 = *.2 -/о, где /0 - средняя частота фильтра, Кп - нормированный коэффициент связи между резонаторами в электрическом фильтре-прототипе [7].

В системе из трех связанных резонаторов (М =3, рис. 2) полоса пропускания

^ = 4^і2 + 4Ґ» = /оуік122 + к22.

Фильтр-прототип 3-го порядка ( М = 3) с Баттервортовской передаточной функцией имеет соотношение нормированных коэффициентов связи К12 :К23 = 0,707:0,707 [7] и поэтому полоса пропускания трех-резонаторной ситемы шире, чем в двух-резонаторной ЛР, = 1.41 • ЛР2.

В системе из четырех связанных резонаторов ( М = 4) полоса пропускания

^=^{(к1г2 + К„2 + Киг)+

Для реализации Баттервортовской передаточной функции необходимо иметь следующее соотношение нормированных коэффициентов связи Кп : К-,}: Км = 1,0:0,64:1,.0 [7] и поэтому ^ = 1,38 ЛР,.

С дальнейшим ростом числа резонаторов М >5-6 ряд экстремумов сливается в один и полоса пропускания ЛР„ системы практически не увеличивается.

Перейдем теперь от системы из связанных электрических резонаторов к ПСРФ с чисто акустической связью между пьезоэлектрическими резонаторами на ПАВ, заменяя нормированные коэффициенты связи между резонаторами Кц на соответствующие коэффициенты акустической связи Л,у. Для ПСРФ величина акустической связи к:/ между двумя соседними резонаторами определяется расстоянием между ними в поперечном направлении. Обычно для частот 400-800 МГц это расстояние (шина + зазор + шина) составляет 8 =1,0-1,2/?,, при апертурах резонаторов А = (4-8) [5,9]. В этом случае максимальный

коэффициент акустической связи составляет кс =(0,14-0,18)% для фильтра на кварце срезов ухI /(33-42)° [5,8], а для ЬВО среза гкдг/45° - порядка (0,25-0,3)%. Для более низких частот возможно уменьшение расстояния между резонаторами до 8 = /4, при этом коэффициент акустической связи возраста-

ет до кс = 0,35% при А =4,6 для кварца [10] и (0,45-0,55 )% для ЬВО. Остановимся для оценки на для кварца максимальных коэффициентах связи кс = 0,18% и кс =0.35%, соответствующих типовым 8 = 1,0 Лд и максимальным 8 = 0,25 возможностям фотолитографии.

В этом случае получаем следующие значения для максимальной относительной полосы пропускания В1Уи = Л/(, / /0 ПСРФ из резонаторов с чисто акустической связью на кварце: ВЯ'2 = 0,18% (0.35%) для М = 2; ВУУ,= 0,254% (0,494%) для М = 3 и В1УА= 0,248% (0,483%) для М = 4. С учетом более низко добротных резонаторов для фильтров на ЬВО реализованные максимальные относительные полосы составляли В (Г, = 0,6%.

Таким образом, при заданной форме Баттервортовской передаточной функции максимальная полоса пропускания достигается для системы из М = 3 акустически связанных резонаторов. Дальнейшее увеличение числа резонаторов практически

не вызывает расширения полосы пропускания. Для ПСРФ с чисто акустической связью полоса пропускания определяется возможностями фотолитографии и для М =3 может составлять ВИ', =0,7% на кварце и ВН'} =0,85 % ЬВО на частотах 400-800 МГц и может увеличиваться на более низких частотах.

2.2. Структуры с комбинированной

акусто-электрической связью

2.2.1. Фильтры с емкостной электрической связью.

Недостатком ПСРФ с чисто акустической связью является тот факт, что с увеличением числа резонаторов величина акустической связи между резонаторами сильнее растет на частотах нежелательных резонансов в полосе заграждения, чем на частоте основной моды. Поэтому уровень нежелательных резонансов, определяемый возбуждением паразитных поперечных и продольных мод, также растет с увеличением числа резонаторов. Наличие нежелательных резонансов и является одной из причин ограничения максимально возможной полосы пропускания фильтра. Для ослабления нежелательных резонансов при проектировании ПСРФ обычно используют звенья только из двух ( М = 2) или максимум трех ( М = 3) акустически связанных резонаторов, заменяя акустическую связь между средними резонаторами электрической связью между звеньями, оптимальной только для основной моды. Эквивалентная схема ПСРФ с такой комбинированной акусто-электрической связью двух пар резонаторов представлена на рис. 3. Величины коэффициентов акустической связи кп и ки соответствуют аналогичным значениям в рассмотренной выше системе из четырех резонаторов с чисто акустической связью. Фактором, ограничивающим полосу пропускания фильтра с комбинированной связью, является коэффициент электрической (емкостной) связи между средними резонаторами 2 и 3 к2з = С, /2С0 *[(/„ -/,)//„], где /, и /„ - частоты резонанса и анти-резонанса соответственно, 2С0 =(С02+С03), С0,, С03-статические емкости резонаторов. Для одно-входовых резонаторов на кварце срезов ух! /(33-42)° с апертурами А =(4-8) А,, обычно выполняется условие С, / 2СШ »0,03-0,034% [5, 11 к2У = (0,03-0,034)%, а для ЬВО С( /2С0, =0,3%, т.е. к23 = 0,3%.

по нашим

т.е.

экспериментам

Я) я2 гс л3 *1

'ТТТТ,

С°ТГГТ3____х

Си

(а)

Ц Сі г, І2 С2 /

(б) (В)

_ 'Км—-.

Ь с, 5 Ц С4 Ь

в-г^^|-СГ1--г^Н[-С^1-Т------Т----т^^НіЗ-т^~Н|-СІН|--*>

ГІ7 Г' -1- Г’

X

-г Со.

. о

(Г)

Рис. 3. Четыре резонатора с комбинированной акусто-электрической связью (а), трансформация элементов связи (б, в), эквивалентная схема связанных резонаторов (г)

Учитывая, что в фильтре-прототипе четвертого порядка М = 4, нагруженного на характеристическое сопротивление, нормированные коэффициенты связи соответственно равны К,2 ■■ К2}: Км = 0,84:0,54:0,84 [7] или : кп : к„ = 0,053%: 0,034%:0,053%, получаем максимальную полосу пропускания = 1,85 к2, = 0,0556% для кварца, а для ЬВО к2г = 0,56 %. Наличие емкости СА корпуса, соединяемой параллельно с С02 и С03, еще больше ограничивает реальную полосу пропускания фильтра.

2.2.2. Фильтры с модифицированной емкостной связью.

Может быть использовано несколько методов расширения полосы пропускания, ограниченной величиной емкостной

связи: модификация нормированных коэффициентов в

фильтре-прототипе, полная компенсация емкости связи С23 внешней катушкой индуктивности и замена емкостной связи на индуктивную.

В соответствии с первым методом в фильтре-прототипе четвертого порядка при фиксированном значении коэффициента связи К2} = 0,54 можно увеличить связи между крайними резонаторами до Кп = Кн = 1,5-1,9, сохраняя требуемую величину пульсаций амплитуды и вОТ. При этом передаточная функция отклоняется от идеальной Баттервортовской, так как коэффициент формы БН =В№40/В1УЗ ухудшается, а вносимые потери возрастают в связи с проблемами согласования, которые будут обсуждены ниже. Расчеты показывают, что для полос пропускания (= 0,04-0,125) % на кварце вносимые потери линейно изменяются от Я, = 2,7 дБ до 1Ь = 6,5 дБ соответственно. При этом коэффициент формы ухудшается от 5Я = 3,2 для идеальной Баттервортовской функции до БН =4,0 для квази Баттервортовской функции. Таким образом, можно считать, что максимальная полоса пропускания кварцевого фильтра с комбинированной акусто-электрической связью из пары двухрезонаторных звеньев без дополнительных внешних элементов связи составляет В1УАтм = 0,125% при приемлемых вносимых потерях /£= 6,5 дБ. Аналогично можно показать, что для фильтра с комбинированной связью пары трех-резонаторных звеньев В\У6таж =0,18% при /£ = 6,0 с1В на кварце и ВИ:Ьаах х 0,68% при Я. = 6,0 дБ на ЬВО.

2.2.3. Фильтры с компенсированной емкостной связью.

Компенсация емкости связи Сс = 2С01 проводится на средней частоте фильтра со0 путем параллельного подключения внешней катушки индуктивности (рис. 3). При резонансе на частоте /0, т.е. при (о„Ьс = 1 / ыаСс, сопротивление связи будет чисто активным 2С = Qc / со0- 2С01. В этом случае коэффициент связи между электрическими резонаторами 2 и 3 будет к2] =2С! гс1 = Qe • С, / 2Сш, или к1} = 1,36% при <2С = 40.

Отсюда следует, что при использовании катушки индуктивности фактором, ограничивающим полосу пропускания фильтра, будут максимальные коэффициенты акустической связи между крайними резонаторами к12 =ки=кс = 0,35%, а не электрическая связь между средними резонаторами. Сохраняя соотношение К12: К23: Ки = 0,84:0,54:0,84 [7] или кп: к2}: кп = 0,35%:0,.225%:0,35% для передаточной функции Баттерворта, получаем максимальную полосу пропускания двухзвенного фильтра с парой резонаторов в звене и компенсирующей катушкой индуктивности Ьс между звеньями на кварце: ВГ4та = 1,85-0,225 = 0,42%. Для фильтра из пары трехрезона-торных секций максимальная полоса пропускания будет В1УЬпих = 0,43% на кварце.

2.3. Ограничения полосы пропускания, связанные

с согласованием крайних резонаторов

Выходное сопротивление ПСРФ на кварце и ЬВО составляет обычно \20ШI = 0,5-3 кОм. Поэтому для согласования со стандартной нагрузкой 50 Ом приходится использовать трансформацию импеданса 50 Ом во входное сопротивление согласующей цепи ЯТ, которое должно быть близко к \2ош |. Будем считать, что нагрузкой выходного ЭАТ (последнего резонатора) является параллельная согласующая катушка Ьм и активное сопротивление согласующей цепи /?, (рис. 4).

их С Д, д, -р

и С1 <7

(а) (б)

Рис. 4. Нагруженный крайний резонатор(а) и его эквивалентная схема (б)

Полагая, что образовавшиеся последовательный (акустический) контур - С, - г, с добротностью {?*=й>0/,(/г( и параллельный (электрический) контур || С0 || Лг с добротностью QF = г,айТ0 настроены на одну частоту, можно показать, что последовательный контур нагружен на чисто активное сопротивление ЯТЕ = Ят || /?0£ , где Я0Е = Qt / а>0С0,, а добротность эквивалентного акустического контура уменьшилась до значения ()АК = ()л -г{ /(;; + Л7Й). Поэтому полоса пропускания эквивалентного акустического контура, образованного выходным резонатором-преобразователем, которая должна бьггь равна допустимой полосе пропускания фильтра, возросла до значения В* = /о / & (г, + ЯТЕ ) > г, * (/о / & ) • [1 + (С, / С0 ) • && ]

Таким образом, максимальная полоса пропускания фильтра, которая может быть согласована со входным сопротивлением согласующей цепи при минимальных пульсациях амплитуды, зависит не только от параметров Ц, С,, С0 резонатора, но и от добротности QE согласующего электрического контура. Расчеты показывают, что минимальные пульсации амплитуды вследствие рассогласования реализуются в интервале температур, если выполняется условие QE <(0.1 -0.2)()4Е . В этом случае с учетом емкости СА корпуса максимальная полоса фильтра составляет В(Утах < • /0)-С1 /(С0, + СА). Для резонаторов

на кварце в корпусах БМО обычно С, / С0, »0,068% и СА и ЗС0,. При типовой добротности внешней катушки £?л=40 получаем ВИ'твх = 0,6% и ВН'ПШУ =0,28% соответственно без учета и с учетом влияния температуры. Обе величины существенно больше ограничения из-за акустической связи. Для ЬВО эти влияние температуры в несколько раз выше.

Таким образом, в ПСРФ с комбинированной связью без компенсации емкости связи максимальная полоса пропускания ограничена только величиной электрической связи между резонаторами. При использовании компенсации емкости связи полоса пропускания фильтра ограничена величиной акустической связи.

3. Экспериментальные результаты

Указанные выше ограничения на максимальную полосу ПСРФ с различными видами связи между резонаторами проверялись экспериментально. На рис. 5 представлены частотные характеристики |821| фильтра 130 МГц с полосой пропускания по уровню -3 дБ равной ВIV = 70 кГц (0,054%), изготовленного на кварце в корпусе ЯМЮ 13,3x6,5x1,8 мм. Фильтр состоял из трех секций по паре акустически связанных резонаторов в каждой из них. Внешние элементы электрической связи между секциями не использовались.

В другом фильтре (рис. 6) из трех резонаторов с чисто акустической связью на кварце на частоте 868 МГц была реализована полоса пропускания ВП' = 1,47 МГц (0,18%) в корпусе 8МОЗ,8хЗ,8х1,4 мм.

Как описывалось ранее [4], максимальная полоса пропускания на кварце ВIV = 0,81 МГц (0,28%) была реализована в фильтре с чисто акустической связью трех резонаторов на частоте 315 МГц.

т

IL=6.6dB

і

J \

лА h \ L,

128.8 129.6 1304 131.2 1320

Frequency. MHz

а)

2.0

4 0

IL=6.6dB

130.32 130 36 130.40 130 44 130 48

Frequency, MHz

б)

Рис. 5. Частотные характеристики | 5211 фильтра для мобильной системы связи на 130 МГц и BW = 0,054% с акусто-электрнческой связью шести резонаторов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0.0

2.0

m

тз

_• 40

сч

6.0

■л IL=4.6dB

1 1

і

0.0

200

400

600

865.5 866.5 867.5 868 5 869 5

Frequency. MHz

а)

IL=4.6 dB

А \

J V

л/ I V

V

і

828 0 848.0 868.0 888.0 908.0

Frequency. MHz

б)

Рис. 6. Частотные характеристики |S21| фильтра для сигнализации на 868 МГц и BW — 0,18% с акустической связью трех резонаторов

Для дальнейшего расширения полосы пропускания возможно использование материала с большим коэффициентом электро-механической связи ks На рис. 7 показана частотная характеристика |521| для фильтра на частоту 248 МГц, изготовленного фирмой KYOCERA на LBO [9] для радиотелефона стандарта PHS. Как видно из рис. 7, реальная полосе пропускания фильтра BW = 0,62 МГц (2,5%) на LBO значительно превосходит по необходимую величину BW = 220 кГц. Это связано с тем, что у резонаторов на LBO по сравнению с кварцем значительно больше уходы частот в диапазоне температур.

На рис. 8 представлены экспериментальные зависимости ухода частоты резонаторов в диапазоне температур от -60"С до +85°С для кварцевых и ЬВО резонаторов.

0.0

„ 2.0 m

4.0

60

\ IL=3 1 dB

\ \

\ \

1

і

247.9 248.1 248 3 248.5 248.7

Frequency, MHz

228.45 238.45 248.45 25845 26845

Frequency. MHz

б)

Рис. 7. Частотная характеристика | 5211 фильтра PHS на 248 МГц на LBO

Для фильтра на частоту 248 МГц на LBO уход частоты при +65°С составляет величину порядка -175 кГц по сравнению с 15 кГц на кварце, т.е. с учетом технологических запасов необходимая полоса фильтра на LBO приближается к 600 кГц. В результате расширения полосы пропускания возросли фазовые шумы системы с фильтром на LBO .

aF

Г.

•2.00

•3.00

SI02

/

/ lLBO

1

/

-«0 -50 <«0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 10

Temperature, (^)

Рис. 8. ТКЧ резонаторов на LBO и кварце

Для уменьшения уровня фазовых шумов и улучшения температурной стабильности , нами была предпринята попытка реализовать фильтр PHS на кварце.

На рис. 9 для сравнения показана частотная характеристика 15211 для фильтра, разработанного нами на частоту 248 МГц с чисто акустической связью четырех резонаторов на кварце. Полоса пропускания составляла BW — 352 кГц (0,16%) и была ограничена необходимостью подавления нежелательных резонансов до -40 дБ и более в широкой полосе частот.

т

Frequency. MHz

a)

Frequency, MHz

6)

Рис. 9. Частотная характеристика | S2I | фильтра PHS на 248 МГц с акустоической связью четырех резонаторов на кварце.

Оба варианта фильтра 248 МГц располагались в керамических корпусах SMD3,8x3,8xl,4 мм. Тем не менее, LBO является отличным материалом для более широкополосных фильтров с BW = 0,3-0,5%. На рис. 10 показана частотная характеристика |S21| для сверх миниатюрного фильтра GSM на частоту 71.6 МГц с полосой пропускания ВIV = 220 кГц (0,3%) на LBO в корпусе SMD7,0x5,0xl,6 мм.

4. Заключение

При заданной Баттервортовской форме передаточной функции максимальная полоса пропускания ПСРФ из двух акустически связанных резонаторов может составлять BW21 f0 = 0,35% на кварце и BW2 / /0 = 0,7% на LBO при зазоре 8 = ^/4 и определяется возможностями фотолитографии. Наибольшая ширина полосы пропускания BWy = 0,494% на кварце и BW2 / /0= 0,9% на LBO и может быть реализована в трех-резонаторных ПСРФ с чисто акустической связью. Полосы BW4 = 0,483% и

BWi = 0,478% могут быть достигнуты в ПСРФ с чисто акустической связью четырех и пяти резонаторов соответственно на кварце. Наличие нежелательных резонансов в полосе заграждения ограничивает реальную полосу пропускания примерно в два раза. Для LBO BW4 может достигать величины (3-4)%, т.е. в несколько раз шире, чем для кварца. Применение катушки индуктивности позволяет расширить полосу пропускания че-тырехрезонаторного ПСРФ до ВIV4 =0,317% для функции Бат-терворта и до BW4 =0.493% для квази-Батгервортовской функции, без учета температурных ограничений.

Структура ПСРФ на основе кварца с комбинированной связью четырех резонаторов без дополнительных элементов электрической связи позволяет достигнуть полосы пропускания BW4= 0,0556% для идеальной функции Батгерворта и BW4 =0,125% для квази-Баттервортовской функции с оптимизированными коэффициентами связи Ktj.

70.65 70.85 71.05 71.25 71.45

Frequency. MHz

69.5 70.5 71.5 72.5 73.5

Frequency. MHz

6)

Рис. 10. Частотная характеристика | 5211 GSM фильтра на 71,6 МГц с BW = 0,3% на LBO

В ПСРФ на основе нового материала LBO возможно получить полосу пропускания порядка BW4 = 1,0% без применения навесных катушек индуктивности для компенсации емкости связи.

Литература

1. J. Tsutsumi. О. Ikata and Y. Satoh. Ultrason. Symp. Proc., 1996. -pp.65-69.

2. M. Solal. Joint Meeting EFTF-IEEE 1FCS, 1999. - pp. 945-949.

3. T.W. Johannes. Joint Meeting EFTF-IEEE IFCS, 1999. - pp. 936-940.

4. V.B. Chvets, A.L. Schwarz ,V.S. Orlov and E.I.Fedorov. Ultrason. Symp. Proc., 2002. - pp.79-82.

5. V.B. Chvets, V.S. Orlov, A.N. Rusakov and A.L. Schwarz. Ultrason. Symp. Proc., 2000. - pp.79-82.

6. А.Л. Шварц, Т.Е. Николаева. Техника средств связи: «Средства связи», 1986, №2. - С.65-71.

7. G.E.Hanscell. "Filter Design and Evaluation", Van Nostrand Reinnold Company, New-York, 1969.

8. Specification KFS of KYOCERA for 248 MHz PHS filter.

9. M. Tanaka, T. Morita, K. Ono and Y. Nakazawa. 38lh Annual Frequency Control Symposium, 1984. - pp.286-293.

10. D.C. Malocha, B.P. Abbott and S.M. Knapp. Ultrason. Symp. Proc., 1997. - pp. 1-4.

Features of design of the narrow-band temperaturestable filters on the superficial acoustic waves on resonators from the cross-section acoustic communication

Orlov V.S., Schwarz A.L, Shvets V.B.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.