Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Кроче параметров эквивалеггпгой схемы ПЭ характеризуется также добротностью Д вЂ” 2к(г>,Ег(Кг, нестабильностью частоты при изменениях тсмпсрагуры Г1 КЧ), времени и механических воздействиях, относительным урошгсм и частотой паразитных резонансов и др. Важным показателем ПЭ является емкостный коэффициент С,(С,: чем он больше. тем ближе друг к дру~у частоты последовательного и параллельного резонансов. У ПЭ из пьезокерамики Сь(С, =- 40...200, у кварцевых ПЭ С„(С, > 125, поэтому у последних резонансный промежуток не может превышать 4 10 .
Дискретные кварцевые ПЭ работают на частотах от сотен герц до десятков мегагерц, а при возбуждении на механических гармониках — до 300...400 МГц, они высокодобротны Я= 1О'...10') и термостабильны 1ТКЧ составляет 5-10 ' 1>'С). Пьезокерамитеские ПЭ работают на часто~ах 0,1...10 МГц, обладают добротностью около 1О' и ТКЧ около 1О ' 1!'С.
Фильтры гга дггскрегггггых кворг(евых (КФ) и ггьезокерггхггггескггх рвзогггггггорах (ПКФ) строятся по дифференциально-мостовым схемам или в виде более сложных лестничных структур. Пример схемы первого типа приведен на рис. 3,33, где пьезорезонатор и подстроечный конденсатор С„включены в плечи равновесного моста, а число реактивных двухполюсников уменьшено до двух за счет использования дифференциального трансформатора, играюгцсго роль фазоинверсного звена.
Условие пропускания выполняется на у гастке между последовательным и параллельным резонансами, и у КФ П/Е,„< 4 10 . Изменяя емкость конденсатора С„, Усилители радиосигналов 123 вих Рис. З.ЗЗ мол<но в широких пределах регулировать частоту 1р(от 1р=/„до )„»);,), на которой мост сбалансирован и К~,-+ О. Чем выше~;, тем сильнее подавляется паразитное просачивание сигналов при больших расстройках. Вместо конденсатора С„может включаться второй ПЭ, при этом в КФ П1Я„, < 8.10 '. Особенностью дифференциально-мостовых фильтров является слабая зависимость ширины полосы пропускания от нагрузки.
Каскадное включение таких звеньев позволяет получать самые различные типы АЧХ вЂ” максимально плоские, чсбышевскне, бесселевы н другие, повышая при э.гом затухание в полосе заграждения. Улучшить массогабаритные показатели мостовых фильтров можно с помоцзью использования фазоинвсрсного каскада вместо дифференциального трансформатора. При построении ПКФ часто используют лестничные схемы, собранные из Г-образных звеньев. На рис 3.34 показана схема лестничного ФСИ на шести ПЗ. Для реализации заданных параметров фильтра он должен быть согласован по характеристическому сопротивлению с выходом предыдущего каскада 1УП) и входом слслующсго.
Дискретные КФ используются для получения сравнительно узких полос пропускания, начиная от десятков и сотен герц, при высокой прямоугольности АЧХ (гтнсвн = 1,5...2). Их недостатками являются высокая стоимость, сравнительно большие размеры. невысокая механическая прочность.
Пьезокерамические фильтры дешевле. компактнее и прочнее механических, однако они уступают ДФ по избирательности, температурной и временной стабильности, имеют большие потери в полосе пропускания и не обеспечивают монотонного возрастающего затухания при больших расстройках от/„,. Рис.
3.34 ГПАВА З 124 Широко используемые в настоящее время люполцптые пьезоэлек>пр>и>вские ~/зцль>прь> (МПФ) основаны на явлении сосредоточения (азахвата») энергии колебаний сдвига или кручения по толщине в области пластины из пьезоэлектрика, покрытой металлическими электродами, и акустической связи между такими частными резонаторами. Чаще всего в качестве пьезоэлектрической подложки, на которой располагается от двух до деся~и связанных резонаторов, используют кристаллический элемент из кварца АТ-среза. Электрическим эквивалентом акустически связанных частных резонаторов являются индуктивно связанные контуры.
В МПФ не нужны дополнительные электрические элементы, поскольку АЧХ реализуется за счет свойств самого ПЭ при соответствую>цей топологии электродов. Увеличение числа акустически связанных резонирующих областей усложняет настройку и приводит к появлению дополнительных полос пропускания в полосе заграждения, поэтому ооычно используют МПФ с двумя акустически связанными резонаторачи. Схема двухрезонаторного ПФ такого типа показана на рис. 3.35.
Достоинства МПФ по сравнению с дискретными КФ состоят в лу цпих (б>о»сс чем на порядок) массогабаритных показателях, хоров~ей совместимости с ИМС, малом вносимом затухании, высокой >пц>сво>осги и тсхнологичпосги. Диапазо~> рабочих частот 3 ..30 МГц на основной частоте и до 300 МГц на гармониках акустических колебаний, могут достигаться значения П(Я„,= = (7...25) 1О '. Фильтры ~>а ПАВ обы пю содер>кат двухфазные входной (ВШП,) н выходной (ВШП>) встречно-штыревые преобразователи, прсдставляющис собой расположс>п>ые на одной стороне пьезоподложки нанесенные методом фотолитографии штыревые электроды чередую>цейся полярности, образующие гребенчатую структуру (рис.
3.36) )11, 121. Г!ри >юдачс электрическоп> сигнала на ВШП, последний создает па поверхности пьезоподложки электрическое поле. вызывающее из-за пьезоэффекта упругие деформации. распространяющиеся от преобразователя в виде ПАВ. Поскольку рассматриваемый!ЗШП, является двунаправленным, поло- 2(l 1>l2 р!2 '>и '>си; Рис. З.зб Рис. З.зб Усилители радиосигналов 125 вина энергии этих волн распространяется в направлении ВШП>, где происходи~ обратное преобразование акустических волн в выходной электрический сигнал.
Если длина возбуждаемой ПАВ равна удвоенному шагу решетки преобразователя г!р, т.е. г!р= »>2(я,. где и — скорость распространения ПАВ (для кварца 3,15 10'м/с, для ниобата ли~на 3,48 10' м!с), акустические колебания синфазно складываются и наступает резонанс на частоте Т,„. Другая половина энергии распространяется в противоположном от ВШП, направлении и гасится поглотителем. Существуют и однонаправленные ВШП с меньшими энергетическими потерями. Основу фильтра на ПАВ составляет по существу линия задержки с М+ 1 отводом, роль которых играют электроды ВШП. Время задер>кки между соседними отводами Т;„л = О, 1, 2, ..., Аг, Т„= О.
Волна сигнала распространяется по пьезоподложке, и в результате выходное напряжение на шинах, соединяющих электроды ВШП„является суммой сигналов, поступивших через каждый отвод, причем на и-м отводе сигнал имеет задер>кку т„и интенсивность, в первом прибли>кении пропорциональную длине электрода и характеризуемую весовым коэффициентом а„: (/„,„= П,„,> гг„е ' '" =о Следователыю, частотные характеристики фильтра описываются выражением к К„= "'" =;> а„е ' — я (3.92) ~ тт Построенные иа таком принципе фильтры называются трансвсрсальными. Из (3.92) следует.
например, что. если В1!)П состоят из равных по длине (ар=а,=а>= .. =а„) и расположении>ых на одинаковых расстояниях друг от друга (Т, = Т> = ... = Тт) электродов, как это показано на рис. 3.36, амплитудно-частотная характеРистика фильтРа имеет вид К1,= ! Яп готя!газ>г!. Если же изменением степени перекрытия соседних электродов по длине (аподизацией) придать огибающей весовых коэффициентов вид а„= яп(ллП> ~~„У~О>лП(2Яя), ФСИ бУдет иметь близкУю к пРЯмоУгольной максимально плоскую АЧХ.
Таким образом, АЧХ и закон аподизации связаны преобразованием Фурье и задача синтеза фильтра с заданной частотной характеристикой сводится к воспроизведению в форме огибающей весовых коэффициентов преобразователя (обычно ВШП,) импульсной характеристики фильтра, которая. как известно, связана с АЧХ этим же преобразованием. 126 гплвл з Число электродов обычно составляет от нескольких единиц до нескольких сотен. При их располо>кении на равных расстояниях АЧХ симметричны; если функция аподизации симметрична относительно центрального электрода, то ФЧХ фильтра линейна.
Вообще следует отметить, что, поскольку фильтры на ПАВ не относятся к классу минимально-фазовых цепей, они могут иметь произвольную форму АЧХ при достаточно линейной ФЧХ. Помимо аподизации ВШП для формирования необходимых АЧХ применяют также изменение ширины, неравномерную расстановку или удаление части электродов, размещение дополнительных электродов на пути распространения ПЛВ между ВШП, и ВШП, или отражательных решеток за пределами этого промежутка.
Полосы пропускания ФСИ на ПАВ П= (1...2)!т>в поэтому получение узкой полосы сопря>кено с увеличением геометрических размеров вследствие удлинения линии задержки. Чтобы характеристики фильтра не искажались, необходимо его согласование с внешними цепями. Для этой цели используются согласующие трансформаторы и последовательные или параллельные инлуктивности, предназначенные для компенсации статических емкостей ВШГ!. Фильтры на ПЛВ обладают рядом важных достоинств, делающих их весьма перспективными для использования не только в качестве ФСИ, но и в радиоприемной технике вообще. Прежде всего в таких фильтрах могут реализовываться АЧХ, не только близкие к прямоугольным (!г„шям = 1,2...2), но и сложной, в частности, несимметричной формы, необходимой, например, при приеме телевизионных сигналов.
При этом ФЧХ остается линейной, что существенно для РПрУ ряда современных систем связи. При проектировании таких фильтров применяется компьютерная оптимизация АЧХ. Фильтры на ПАВ сравнительно просто реализуются в диапазоне 5...1500 МГц, причем нижний предел ограничен размерами подлом<хи. а верхний — в основном технологическими возмо>кностями изготовления ВШП. Относительные полосы пропускания могут быть как очень узкими (!...50) 10 ', так и весьма широкими (30...80 ',4) при малых (до 1О дБ) потерях в полосе.
Таким фильтрам свойственны высокая стабильность параметров и надежность, технологичность и повторяемость параметров, хорошая совместимость с ИМС. Характерная для устройств на ПАВ многофункциональность позволяет с помощью таких ФСИ не только обеспечивать избирательность РПрУ, но и решать задачи согласованной фильтрации и корреляционной обработки сигналов.
Усилители радиосигналов 127 Сравнительно ограниченное применение в качестве ФСИ в современных РПрУ находят электромехп>и>чвскпе ГЭМФ) и льеэомеханцческие (ПМФ) 77лсчь>лры. Они используются на частотах не выше единиц мегагерц, прежде всего в профессиональных и вещательных приемниках с 7',„= 465 кГц. Электромеханические фильтры состоят из ряда пластинчатых, стержневых или дисковых механических резонаторов, соединенных упругими связками и возбуждаемых магнитнострикционными преобразователями электрических колебаний в механические. Достоинства таких фильтров: близкие к прямоугольным АЧХ, высокая стабильность при температурных и механических воздействиях, монотонное нарастание затухания в полосе загра>кдения, недостатки: высокие сложность и стоимость. Свойства ЭМФ и ПКФ сочетаются в ПМФ, звенья которых состоя~ из двух дисковых ПЭ, соединенных металлической или диэлектрической связкой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
