В. М. МАКАРОВ, П. Г. ИВАНОВ, В. Г. ЗАЯ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УЗКОПОЛОСНЫХ

И ШИРОКОПОЛОСНЫХ РЕЗОНАТОРНЫХ

ПАВ-ФИЛЬТРОВ

Приведены результаты разработки и экспериментального исследования резонаторных фильтров на ПАВ с продольной акустической связью для задач узкополосной и широкополосной фильтрации радиочастотных сигналов.

Резонаторные фильтры с продольной связью на поверхностных акустических волнах (ПАВ) в настоящее время широко используются для обработки сигналов в системах мобильной связи. Эти устройства отличаются высоким уровнем заполосного подавления, хорошим коэффициентом прямоугольности и малыми вносимыми потерями.

Ширина полосы пропускания резонаторных фильтров прямопропорциональна величине коэффициента электромеханической связи подложки [1]. Относительная величина полосы пропускания для этого класса устройств составляет 0.1%÷5% [2]. В работе рассматриваются резонаторные структуры, позволяющие реализовать узкую и широкую полосу пропускания Анализ характеристик и топологический синтез образцов проведён по модифицированной модели эквивалентных схем с учётом дисперсионности элементов и компоненты естественной направленности подложки фильтров.

Узкополосный фильтр, работающий на поверхностных поперечных волнах (STW), был рассчитан и изготовлен на подложке ST-90ºX кварца. STW имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными ПАВ. Например, большая скорость таких волн и возможность использования более толстых пленок алюминия позволяют реализовать фильтр на более высоких частотах, а больший коэффициент связи обеспечивает снижение вносимых потерь устройства. Вместе с тем, как показали исследования, преобразователи на STW обладают эффектом естественной однонаправленности излучения. Разработанный фильтр с центральной частотой 923 МГц состоит из двух последовательно включенных звеньев, структура которых показана на рис. 1(а). Экспериментальная характеристика устройства представлена на рис. 2 (а). Величина полосы пропускания составляет 0,1% по уровню 1дБ.

В качестве материала подложки широкополосного фильтра использовался срез 41º YX LiNbO3. Так как 41º YX LiNbO3 обладает большим коэффициентом связи (K2=17,2%), на нем могут быть реализованы фильтры с широкой полосой пропускания.

В работе были исследованы указанные срезы ниобата лития и определены основные параметры модели, учитывающие эффекты отражения, рассеяния и накопления энергии на элементах структур. Фильтр состоит из двух последовательных звеньев с симметричной. структурой (1-3 моды), показанных на рис. 1-б. Экспериментальная АЧХ фильтра приведена на рис. 2-б. Относительная полоса пропускания фильтра по уровню 1 дБ составляет 6%. Вносимые потери составили 3дБ.

Рис. 1. Структуры узкополосного (а) и широкополосного (б) звеньев

Расчетные характеристики обоих фильтров близки к экспериментальным, что подтверждает адекватность расчетной модели.

Рис.2. Экспериментальных АЧХ узкополосного (а) и широкополосного (б) фильтров.

Список литературы

1.  J. Meltaus, V. Plessky, S. Hong, “Double-Resonance SAW Filters”, 2005 IEEE Ultrasonics Symp. Proc., pp..

2.  D. Chen, S. Jen, C. Hartmann, “Resonant Modes In Coupled Resonator Filters and The Unique Equivalent Circuit Representation”, 1995 IEEE Ultrasonics Symp. Proc., pp. 59-62.

3.  У. Мэзон. Физическая акустика. Том 1. М.: Мир, 1966.