Фильтры на ПАВ

К используемым в настоящее время в различных устройствах

радиоэлектроники и техники связи видам фильтров следует отнести:

ü LC - фильтры;

ü монокристаллические кварцевые и танталато-литиевые фильтры;

ü воздушные резонаторные фильтры;

ü керамические коаксиальные фильтры;

ü полосковые и микрополосковые фильтры;

ü программируемые и перестраиваемые фильтры.

Все эти фильтры обладают различными недостатками, которые в той или иной степени не удовлетворяют определенным требованиям фильтрующим устройствам. Поэтому в последние несколько лет широкое применение в приемопередающих устройствах систем связи находят фильтры на поверхностных акустических волнах, свободные от многих недостатков.

Поверхностные акустические волны (ПАВ) – это упругие (необъёмные) волны, распространяющиеся с невысокой скоростью вдоль свободной поверхности твердого тела или вдоль границы твердого тела с другими средами и затухающие при удалении от границ. В качестве среды распространения используются различные пьезоэлектрические монокристаллы: кварц, ниобат лития, танталат лития, германат висмута и др.

Поверхностные акустические волны занимают диапазон длин волн от до см, а их частоты соответствуют области ультразвука (от 20 кГц до 1 ГГц; частóты до 100 ГГц — гиперзвук). Замечательным свойством поверхностных акустических волн является их очень невысокая (от 3 000

до 4 000 м/с, т. е. менее 1/100 000 скорости света) в сравнении с электромагнитными волнами скорость распространения, что позволяет применять к ним практически любые математические способы обработки сигнала. Внешний вид фильтра на ПАВ изображен на (рис. 23). Основой фильтра на ПАВ (это герметизированный электронный прибор) является пьезоэлектрическая подложка.

Рис. 23. Внешний вид фильтра на ПАВ

Для возбуждения и детектирования ПАВ служат излучающие и приёмные пленочные встречно-штыревые преобразователи (ВШП), нанесённые на пьезоэлектрическую подложку методом фотолитографии (число штырей может быть различным – тот нескольких единиц до нескольких тысяч) и являющихся по существу дискретной (цифровой) структурой. Под действием высокочастотного электрического напряжения источника обрабатываемого сигнала в зазорах между смежными штырями излучающего ВШП (рис. 23) возникает переменное электрическое поле, которое вследствие пьезоэффекта материала подложки вызывает механические упругие колебания в её поверхностном слое. Эти колебания распространяются в тонком приповерхностном слое подложки в направлениях, перпендикулярных электродам в виде поверхностных акустических волн. Обработка сигнала в заданной полосе частот осуществляется вследствие многократной интерференции ПАВ от большого числа отражателей ВШП, имеющих разные размеры, геометрию и относительное взаимное расположение. Затем обработанные акустические сигналы вновь преобразуются приемным ВШП в электрические и поступают в нагрузку.

Большинство преимуществ фильтров на ПАВ обусловлено непосредственно их физической структурой: практическим отсутствием энергопотребления; возможностью выполнения различных операций обработки сигналов; линейной (или определяемой требованиями) фазой выходного сигнала; очень высокой прямоугольностью АЧХ; исключительным внеполосным подавлением паразитных составляющих; реализацией заданных технических характеристик с высокой точностью; высокой надежностью; малыми габаритными размерами и массой; температурной стабильностью. Поскольку центральная частота и форма частотной характеристики определяются топологией, они не требуют сложной настройки в аппаратуре и не могут расстроиться в процессе эксплуатации.

Технология изготовления, совместимая с интегральной технологией, позволяет выпускать их в большом объеме с высокой воспроизводимостью.

Фильтры на ПАВ применяются на частотах от 1 МГц до 3 ГГц с относительной полосой пропускания от 0,1 до 90 %. На очень низких частотах габариты фильтров становятся слишком большими, поэтому вместо них находят применение монолитные фильтры на объёмных волнах, выполненные из пьезоэлектрической керамики. Тем не менее, фильтрам на ПАВ свойственны и определённые недостатки:

ü наличие паразитных всплесков АЧХ на кратных частотах;

ü монотонное снижение коэффициента подавления составляющих по мере повышения частоты; данный недостаток устраняется включением внешних реактивных элементов (индуктивностей);

ü довольно значительные потери полезных составляющих в полосе пропускания (до 25... 30 дБ);

ü повышенная чувствительность к статическим зарядам электричества.

И всё же имеющиеся преимущества обеспечивают широкое применение и массовую потребность в фильтрах и других устройствах на ПАВ и, прежде всего, в современных системах подвижной связи.

---

Дата добавления: 2015-07-15