20 О 20ЦкГ14 5

Рис. 5.22. Схьчы УПЧ с пьезокерамнческим фильтром

эана на рис. 5.21, г. В табл. 2.9 и на рис. 5.10 приведены основные параметры пьезоэлектрических фильтров.

Перспективны для применения в радиоприемной аппаратуре малогабаритные, механически прочные и относительно дешевые полосовые фильтры, выполненные на основе пьезокерамики (ПКФ). Такие резонаторы имеют добротность порядка 10, набираются в П- и Т-образные звенья (рис. 5.22, а). Работают на частотах от 100 КГц до 10 МГц. Основные параметры ПКФ приведены в табл. 2.8 и рис. 5.10, ХС ПКФ показана на рис. 5.22, б. По селективности ПКФ уступают пьезоэлектрическим фильтрам, обладают более низкой температурной и временной стабильностью, большими потерями в полосе пропускания. В отличие от ФСС, выполненных на £С-контурах, ПКФ не обладают монотонно возрастающей ХС при больших расстройках. Это приводит к тому, что при высокой селективности по соседнему каналу ПКФ не обеспечивают достаточной фильтрации напряжения с частотой гетеродина и комбинационных частот. Усиленное последующими широкополосными каскадами напряжение гетеродина детектируется и по цепи АРУ поступает на регулируемые каскады. Кроме того в детекторе имеет место эффект подавления слабого сигнала сильной помехой гетеродина. В результате снижается усиление УПЧ и ухудшается работа АРУ. Для устранения указанных недостатков следует в качестве С31 использовать LC-контур. Малая критичность ПКФ к изменеаию нагрузочных сопротивлений позволяет подключать их к базе следующего каскада непосредственно (без С32).

На рис. 5.23, а, б показана схема УПЧ с электромеханическим фильтром (ЭМФ) и его ХС. Э.МФ состоит из цепочки пластинчатых, стержневых или дисковых резонаторов Р[ и связок Сс между ними, которые возбуждаются магнитострикционными (реже пьезоэлектрическими) преобразователями прямого и обратного действия ПР1 и ПР2. В отличие от пьезоэлектрических и пьезокерамических фильтров, где резонаторы работают как резонаторы-преобразователи, здесь механические резонаторы конструктивно выделены. Основные параметры ЭМФ приведены в табл. 2.10 и рис. 5.10. Преимущество ЭМФ; малые размеры, малый йд, высокая стабильность при температурных и механинеских воздействиях, малая неравномерность затухания в полосе пропускания, монотонное наростание затухания при больших расстройках; недостатки - сложность, высокая стоимость, ограничение диапазона частот единицами МГц. Область применения ЭМФ - профессиональные радиоприемные устройства.

В Рис. 5.23. Схема УПЧ с электромеханическим фильтром

На рис. 5.23, в показано звено пьезомеханического фильтра (ПМФ), который сочетает свойства ЭМФ и ПКФ. Звено состоит из двух дисков пьезоке-рамических резонаторов Pi и Р^, связанных металлической или диэлектрической связкой С, введение которой устраняет основной недостаток ПКФ - отсутствие монотонно нарастающего затухания в полосе задерживания.

В последние годы широкое распространен!;е получили пьезоэлектрические фильтры, на поверхностных акустических волнах (ПАВ). ПАВ - это упругие возмущения, распространяющиеся в тонком (порядка длины волны) приповерхностном слое твердого тела. С точки зрения обработки сигналов ПАВ обладают двумя важными свойствами: очень малой скоростью распространения (1...5 км/с, т. е. примерно на пять порядков ниже, чем электромагнитные волны) и возможностью взаимодействия с планарными структурами на поверхности звуконровода. Первое свойство позволяет создавать фильтры на ПАВ в микроминиатюрном исполнении в диапазоне частот от единиц МГц до единиц ГГц, при этом нижняя граница определяется разме-ра.ии подложек, а верхняя - возможностями изготовления преобразователей. Второе свойство позволяет простыми средствами сформировать комплексную частотную характеристику. Кроме того, планарная конструкция фильтров на ПАВ делает их легко сопрягаемыми с ИС.

В простейшем случае фильтр на ПАВ (рис. 5.24, а) имеет на пьезоэлектрической подложке два встречно-штыревых преобразователя (ВШП), один из которых (ВШП1) преобразует за счет пьезоэффекта входной сигнал в ПАВ, второй (ВШП2) осуществляет обратное преобразование. На ВШП2, имеющий Л?2 электродов, поступает акустический сигнал s (i). При прохождении ПАВ под f-m электродом на последнем из-за пьезоэффекта наводится заряд qi (t), пропорциональный s (f). На шинах, соединяющих электроды ВШП, наводимые заряды суммируются и выходной электрический сигнал имеет вид

(5.16)

вых (О = 1] ЛсВ{ (О,

где S[ (О - сигнал, принимаемый i-м электродом;

At - коэффициент, зависящий от материала подложки, геометрии электродов, способа соединения электродов с шиной и т. д. Из (5,16) следует, что

Рнс. 5.24. Общий вид фильтра на ПАВ н его АЧХ

ВЫХОДНОЙ сигнал представляет собой линейную комбинацию входного, взятого в различные моменты времени с различными весовыми коэффициентами, т. е. ВШП осуществляет цифровую фильтрацию, что позволяет непосредственно связать структуру преобразователя с его частотными свойствами. Так, полоса пропускания преобразователя обратно пропорциональна его протяженности в направлении распространения ПАВ. Форма АЧХ определяется законом изменения перекрытия штырей, или аподизацией. Таким образом, изменяя геометрию планарной встречно-штыревой структуры, мы получаем возможность формировать заданную АЧХ.

Основные параметры фильтров на ПАВ приведены в табл. 2.12 и рис. 5.10; вид АЧХ показан на рис. 5.24, б. Для фильтров на ПАВ характерны широкий частотный диапазон до единиц ГГц, большие пределы изменения относительной полосы пропускания (от узкополосных 0,5 % до широкополосных 30%), высокая прямоугольность АЧХ (й юоо = 1,2...2,0), стабильность параметров и отсутствие необходимости в регулировке, что определяется высокой повторяемостью фотолитографического процесса. Вместе с тем по сравнению с LC-системами фильтры на ПАВ всегда будут оставаться более сложными структурами со многими побочными явлениями. В зависимости от конкретных значений входных и выходных параметров АЭ и ВШП применяют их соединение через согласующий трансформатор или непосредствеи-иое соединение. Схема согласования фильтра на ПАВ с АЭ приведена на. рис. 5.24, в.

Область применения фильтров на ПАВ очень широка: локационные приемники, в частности, согласованные ЛЧМ-фильтры, телевизионные фильтры, фильтрация ЧМ сигналов и др. Возможность управляемого изменения условий распространения ПАВ с помощью планарных структур, расположенных между ВШП1 и ВШП2, позволяет реализовать адаптивную фильтрацию в многоканальных системах пространственно-временной обработки.

Фильтры на ПАВ рассмотрены в работах [43, 94, 115, 95].

Цифровые фильтры (ЦФ) - это специализированные компьютеры, в которых входной сигнал преобразуется в выходной соответственно заданному алгоритму вычислений [64, 15, 91]. ЦФ обладают рядом преимуществ по сравнению с аналоговыми. К ним относится универсальность, простота