Диссертация (1143140), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

Данные требования обеспечиваются выбором количества пар электродов и функциейаподизации ВШП, по которой осуществляется перекрытие электродов согласно импульсномуотклику фильтра. Методики проектирования фильтров на ПАВ к настоящему времени вдостаточной степени разработаны. Факторами, не влияющими на технические характеристикифильтра на ПАВ, является инвариантность АЧХ к апертуре и перестановке местамиаподизованного и неаподизованного преобразователей по отношению к источнику сигнала. Всвою очередь известным фактом является зависимость шумовых свойств транзисторногоусилителя от протекающего через него тока и внутреннего сопротивления источника сигнала.Таким образом, заданные технические характеристики радиоэлектронного тракта сиспользованием фильтра на ПАВ обеспечиваются выбором количества пар электродов ифункцией аподизации ВШП, при этом шумовое согласование в системе обеспечиваетсявыбором апертуры пьезоплаты, сопротивления источника сигнала и тока транзисторногоусилителя.Как указывалось, выше, применение противошумовых коррекций в значительнойстепени приближает режим работы устройства к режиму согласования по мощности, при182котором возрастает уровень трехпролетного эхо-сигнала и ухудшаются техническиехарактеристики устройства.

В значительной степени избежать этого явления позволяетприменение в первом каскаде усилителя включение транзистора по схеме с общей базой (ОБ).Оптимальные проводимости источников сигнала для каскада с общим эмиттером (ОЭ) и ОБдля согласования по шумам примерно одинаковы, а для согласования по мощностиотличаются на два порядка. Следовательно, при использовании включения транзистора посхеме с ОБ возможно обеспечить одновременно режим полного шумового согласования изначительно большего рассогласования по мощности, чем в случае использования каскада сОЭ.

Таким образом, существенно снижается уровень паразитного трехпролетного эхо-сигналаи сопутствующих искажений АЧХ и ФЧХ устройства.Функция аподизации электродов ВШП определяется Фурье-преобразованием заданнойчастотной характеристики фильтра. Импульсный отклик, полученный таким образом, имеетнеограниченнуюпротяженность. Для практическойреализациифильтра топологияэлектродов на пьезоплате, выполненная согласно импульсному отклику, должна бытьограничена конечным числом боковых лепестков.

Ограничение длины приводит к появлениюпульсаций Гиббса на реальной частотной характеристике, которые могут привести ксущественному ухудшению избирательных свойств фильтра. Простое ограничение Фурьепреобразования идеальной частотной характеристикиэквивалентно умножениюнапрямоугольную «оконную» весовую функцию типа rect. Пульсации Гиббса могут бытьэффективно понижены путем специальной модификации оконной функции более сложноговида, например, «окна Кайзера» [163], однако при проведении шумового согласованияпоправка на различный вид функции окна незначительна. Во многих практических случаяхфункция окна ограничивает топологию электродов по функции аподизации типаsinc(x)=sin(x)/(x) на двух боковых лепестках по обе стороны от главного лепестка.

В этомслучае активная проводимость аподизованного ВШП может быть аппроксимирована[162,163]:G 22 f   G f 0 N 242 N 2 f  f 0 rect f0(5.23)где G f 0   8k m2 f 0C 0l - проводимость излучения на частоте акустического синхронизма; km2 коэффициент электромеханической связи ; C0 - погонная по апертуре емкость пары электродовВШП ; N2 - количество пар электродов аподизованного ВШП; l - апертура пьезоплаты.Функция x 1, x  y/ 2rect     y 0, x  y/ 2Активная проводимость неаподизованного ВШП определяется выражением:(5.24)183 N 1 f  f 0 G11 f   G f 0 N12sinc 2 f0(5.25)где N1 - количество пар электродов неаподизованного ВШП.Проводимость передачи G21 фильтра в случае функции аподизации sinc [160]определяется выражением: 2 N 1 f  f 0  N 2 N 2 f-f 0 G 21 f   G f 0 N 1  sinc rect f0 2 2f0 (5.26)Поскольку, как указывалось выше, АЧХ тракта инвариантна по отношению кперестановке преобразователей, исследованию подлежит два возможных варианта включенияфильтра на ПАВ в радиоэлектронный тракт [111]:1) входной ВШП неаподизован, выходной ВШП аподизован.2) входной ВШП аподизован, выходной ВШП не аподизован.В соответствии с этим выражения проводимостей излучения и передачи ВШП (5.23, 5.25,5.26) подставляются в выражение для коэффициента шума (5.12).

Для полученияинтегрального коэффициента шума полученные выражения следует проинтегрировать почастоте в диапазоне полосы пропускания фильтра В. Тогда коэффициенты шума в обоихслучаях определяются выражениями:Вариант 1:F   (2wF y  1)  I 1G ( f 0)Gi( wF y  1)  I 2wF yGiG ( f 0)(5.27)G( f 0)N 224F y  1  R n Gn4G( f 0)N 22Вариант 2:F   2wF y  1 G f 0 N12wF y  1  G 4f G0 iN 2 wF y4Gi 1(5.28)F y  1  I 3 RnG f 0   I 4 GnG f 0 где введены следующие обозначения:  N 1B 3 cos2 f 0N 1   f 0  N 1B11  N 1B  I1    N 1BN1BB f018  f 0  f0f0f0I2 BN 13 1  N 1B  2  N 1B   N 1B  1  N 1B  3  ctg  2    2 f 0   f 0  18  f 0   2  f 0 (5.29)184 cos N 2 B 32 f 0N 2   f 0  N 2 B1  N 2 B  I 3  B  N 2 B f 0  N12 B  18 f0  f0f023f 0  1  N 2 B  N 2 B  N 2 B  1  N 2 B  I 4  BN 3  2  f 0  ctg 2 f 0   2 f 0   18  f 0  2 Коэффициент шума возможно минимизировать с помощью комплексной оптимизациисовокупности параметров фильтра на ПАВ и выходного транзисторного усилителя методомнелинейного программирования с нелинейным ограничением.

Наложение ограничениясвязано с удовлетворением заданному уровню подавления трехпролетного эхо-сигнала всоответствии с выражением:120 lg  G11wG 22 L1G11  Gi  G 22  R  e где L, дБ - заданный уровень трехпролетного эхо-сигнала, Re (5.30)kT- сопротивление эмиттераeI eтранзистора.Таким образом, задача минимизации общего коэффициента шума фильтра на ПАВ,работающего совместно с транзисторным усилителем, сводится к минимизации функционала(5.27 и 5.28) с ограничением (5.30). Оптимизационными параметрами являются апертурапьезоплаты и ток эмиттера входного транзистора выходного усилителя.

В отличии отрадиочастотных линий задержки на ПАВ, где оптимизационными параметрами являютсятакже количество пар электродов входного и выходного ВШП, в случае фильтров на ПАВколичества пар электродов обоих ВШП фиксированны, т.к. они определяют и жестко связанысуществующими методами расчетов с заданным видом АЧХ фильтра. На каждый изоптимизационных параметров наложены ограничения сверху и снизу на физическиреализуемые значения: апертура от 1 до 10 мм, ток эмиттера транзистора от 0,5 до 10 мА.Расчеты были проведены для различных материалов пъезоплат, наиболее часто применяемыхв акустоэлектронике: ниобата лития YZ-среза (km2 = 0.048, C0 =4.6 пФ/см), танталата литияYZ-среза (km2 = 0.0074, C0 = 5.7 пФ/см), оксида цинка (km2 = 0.004, C0 = 4.51 пФ/cм) и кварцаYX-среза (km2 = 0.0023, C0 = 0.55 пФ/см) [163]. В фильтре применены противошумовыекоррекции согласно (5.17), выходной сигнал усиливается усилителем, входной каскадкоторого выполнен по схеме с общей базой транзистора.

Уровнем подавления трёхпролётногоэхо-сигнала принято значение 60 дБ, типичное для фильтров, так как к ним предъявляютсяболее жёсткие требования, чем к радиочастотным линиям задержки.F, дБ; параметры опти185105На рис. 5-15 и 5-16 показаны зависимости минимизированного коэффициента шума и00,050,5 на пьезоплате550соответствующих оптимальных параметров полосовогофильтраиз ниобатаR , кОмiлития YZ-среза от сопротивления источника сигнала.а)б)1520минимизированный коэффициент шума, дБапертура ВШП, ммток эмиттера транзистора, мА50,5Ri, кОм550а) аподизован выходной ВШПб)15а) 10201000,05F, дБ; параметры оптимизацииF, дБ; параметры оптимизацииF, дБ; параметры оптимизации20515минимизированный коэффициент шума, дБапертура ВШП, ммток эмиттера транзистора, мА00,05100,5Ri, кОм550б) аподизован входной ВШП5iа) 102051500,0510б)20минимизированный коэффициент шума, дБапертура ВШП, ммток эмиттера транзистора, мА0,5Ri, кОм550500,050,5Ri, кОм550а) аподизован выходной ВШПб)F, дБ; параметры оптимизацииF, дБ; параметры оптимизацииF, дБ; параметры оптимизацииРис.205-15.

Зависимости коэффициента шума и оптимальных параметров фильтра на ниобателития от сопротивления источника сигнала при аподизованном:00,0555015а) выходном ВШП; б) входномВШП0,5R , кОм1510500,050,5Ri, кОм550б) аподизован входной ВШПРис. 5-16. Зависимости коэффициента шума и оптимальных параметров фильтра соднонаправленными ВШП на ниобате лития от сопротивления источника сигнала при15аподизованном: а) выходном ВШП; б) входном ВШПF, дБ; параметры оптимизации2010Глобальный минимум достигается в диапазоне сопротивлений от 200 Ом до 3 кОм вслучае,когда выходной ВШП аподизован, а входной неаподизован, и от 2 до 6 кОм в5противоположном случае. При этом коэффициент шума получается ниже при аподизованном00,050,5550выходном ВШП, а использованиеоднонаправленного ВШП даёт выигрыш порядка 2 дБ, какRi, кОми в случае РЛЗ с подавлением трёхпролётного сигнала 60 дБ.На рис.

Характеристики

Список файлов диссертации