RU2236081C2 - High-selectivity piezoelectric band filter - Google Patents

Abstract

FIELD: radio electronics, communications engineering, and measurement technology.

SUBSTANCE: proposed filter has input and output sections 1,2 identical in their circuit arrangement, each section incorporating inductance coil 3 and piezoelectric resonator 4, and also capacitors 5 through 10. In addition circuit set up of N piezoelectric resonators is inserted between input and output sections, where N = 1, 2, 3 is any integer number; piezoelectric resonators are interconnected in series and their leads are connected through N + 1 capacitors to common bus.

EFFECT: improved filter selectivity and manufacturability.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться при частотной селекции сигналов.The present invention relates to electronics and can be used in the frequency selection of signals.

Известен полосовой пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий идентичные по схеме входное и выходное звенья, каждое из которых состоит из катушки индуктивности, к одному из выводов которой подключены пьезоэлектрический резонатор, а к второму выводу подключен второй конденсатор, вторые выводы пьезорезонатора и второго конденсатора соединены. Схема этого фильтра является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.Known bandpass piezoelectric filter [1], containing identical input and output links, each of which consists of an inductance coil, a piezoelectric resonator is connected to one of its terminals, and a second capacitor is connected to the second terminal, the second terminals of the piezoelectric resonator and the second capacitor are connected. The scheme of this filter is the closest in technical essence to the claimed device and is selected as a prototype.

Недостатком известного устройства является малая избирательность (недостаточно высокие коэффициент прямоугольности и затухание в полосе задерживания). Кроме того, в нем используются катушки индуктивности с отводами и обмоткой связи для согласования фильтра с нагрузками, что в ряде случаев, например, при построении фильтра на частоты выше 50 МГц, не позволяет обеспечить высокие требования к характеристике затухания фильтра (малое вносимое затухание, высокий уровень затухания в полосе задерживания и т.д.), не говоря о технологических трудностях выполнения таких катушек индуктивности с малыми габаритными размерами.A disadvantage of the known device is the low selectivity (not enough high coefficient of squareness and attenuation in the strip of detention). In addition, it uses inductance coils with taps and a coupling winding to match the filter to the loads, which in some cases, for example, when constructing a filter at frequencies above 50 MHz, does not provide high requirements for the filter attenuation characteristic (low attenuation, high the attenuation level in the delay band, etc.), not to mention the technological difficulties of making such inductors with small overall dimensions.

Задача изобретения - улучшение характеристик избирательности фильтра и улучшение технологичности его изготовления.The objective of the invention is to improve the selectivity of the filter and improve the manufacturability of its manufacture.

Поставленная задача решается тем, что к первому выводу катушки индуктивности входного звена подключен третий конденсатор, второй вывод которого является входом фильтра, ко второму выводу катушки индуктивности входного звена подключен четвертый конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и одновременно с общей шиной, к первому выводу катушки индуктивности выходного звена подключен пятый конденсатор, второй вывод которого является выходом фильтра, к второму выводу катушки индуктивности выходного звена подключен шестой конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора выходного звена и одновременно с общей шиной, при этом вторые выводы пьезорезонаторов входного и выходного звеньев соединены между собой и кроме того, при необходимости дальнейшего увеличения затухания в полосе задерживания фильтра в схему фильтра дополнительно введены третий, четвертый и т.д. пьезорезонаторы, общее число которых равно N, где N=1, 2, 3...- любое целое число, соединенные между собой последовательно, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с первым выводом четвертого пьезорезонатора, второй вывод четвертого пьезорезонатора соединен с первым выводом пятого пьезорезонатора и т.д., при этом все первые выводы дополнительно введенных пьезорезонаторов и второй вывод N-гo пьезорезонатора соединены через дополнительно введенные N+1 конденсаторы с общей шиной, первый вывод первого дополнительно введенного пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора входного звена, а второй вывод N-гo пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора второго звена.The problem is solved in that the third capacitor is connected to the first output of the input link inductance coil, the second output of which is the filter input, the fourth capacitor is connected to the second output of the input link inductance coil, the second output of which is connected to the second output of the first capacitor and simultaneously with the common bus, a fifth capacitor is connected to the first output of the output link inductance coil, the second output of which is the filter output, to the second output of the output inductor the link is connected to the sixth capacitor, the second output of which is connected to the second output of the first capacitor of the output link and simultaneously with the common bus, while the second conclusions of the piezoresonators of the input and output links are interconnected and, in addition, if necessary, to further increase the attenuation in the filter delay band in the filter circuit additionally introduced the third, fourth, etc. piezoresonators, the total number of which is N, where N = 1, 2, 3 ... is any integer connected in series, the second output of the third piezoresonator is connected to the first output of the fourth piezoresonator, the second output of the fourth piezoresonator is connected to the first output of the fifth piezoresonator etc., while all the first conclusions of the additionally introduced piezoresonators and the second terminal of the Nth piezoresonator are connected via additionally introduced N + 1 capacitors with a common bus, the first output of the first additionally introduced piezoresonator ora connected to the second terminal of piezo resonator input member, and a second terminal N-WASTE piezo resonator is coupled to the second terminal of the second link piezo resonator.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что к первому выводу катушки индуктивности входного звена подключен третий конденсатор, второй вывод которого является входом фильтра, ко второму выводу катушки индуктивности входного звена подключен четвертый конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и одновременно с общей шиной, к первому выводу катушки индуктивности выходного звена подключен пятый конденсатор, второй вывод которого является выходом фильтра, к второму выводу катушки индуктивности выходного звена подключен шестой конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора выходного звена и одновременно с общей шиной, при этом вторые выводы пьезорезонаторов входного и выходного звеньев соединены между собой, а также тем, что в схему дополнительно введены третий, четвертый и т.д. пьезорезонаторы, общее число которых равно N, где N=1, 2, 3... - любое целое число, соединенные между собой последовательно, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с первым выводом четвертого пьезорезонатора, второй вывод четвертого пьезорезонатора соединен с первым выводом пятого пьезорезонатора и т.д., при этом все первые выводы дополнительно введенных пьезорезонаторов и второй вывод N-гo пьезорезонатора соединены через дополнительно введенные N+1 конденсаторы с общей шиной, первый вывод первого дополнительно введенного пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора входного звена, а второй вывод N-гo пьезорезонатора соединен со вторым выводом пьезорезонатора второго звена.Comparative analysis shows that the claimed technical solution differs from the prototype in that a third capacitor is connected to the first output of the input link inductance coil, the second output of which is a filter input, a fourth capacitor is connected to the second output of the input link inductance coil, the second output of which is connected to the second output the first capacitor and simultaneously with the common bus, a fifth capacitor is connected to the first output of the output link inductance coil, the second output of which is I have a filter output, a sixth capacitor is connected to the second output of the output link inductance coil, the second output of which is connected to the second output of the first capacitor of the output link and simultaneously with the common bus, while the second outputs of the piezoresonators of the input and output links are interconnected, as well as the fact that the third, fourth, etc. are additionally introduced into the circuit piezoresonators, the total number of which is N, where N = 1, 2, 3 ... is any integer connected in series, the second output of the third piezoresonator is connected to the first output of the fourth piezoresonator, the second output of the fourth piezoresonator is connected to the first output of the fifth piezoresonator etc., while all the first conclusions of the additionally introduced piezoresonators and the second terminal of the Nth piezoresonator are connected via additionally introduced N + 1 capacitors with a common bus, the first output of the first additionally introduced piezoresonator the torus is connected to the second terminal of the piezoresonator of the input link, and the second terminal of the Nth th piezoresonator is connected to the second terminal of the piezoresonator of the second link.

При сравнении заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.When comparing the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other well-known technical solutions in science and technology, solutions with similar characteristics were not found.

На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из двух идентичных по электрической схеме входного 1 и выходного 2 звеньев. Каждое из них содержит катушку индуктивности 3, к одному из выводов которой подключены пьезорезонатор 4 и первый конденсатор 5, а ко второму выводу каждой из катушек индуктивности подключен второй конденсатор 6. В схеме содержится также третий конденсатор 7, подключенный к первому выводу катушки индуктивности второго звена и к входной потенциальной клемме фильтра, четвертый конденсатор 8 подключен первым выводом ко второму выводу катушки индуктивности входного звена, второй его вывод подключен ко второму выводу конденсатора 5 входного звена и одновременно к общей шине. Дополнительный пятый конденсатор 9 подключен между первым выводом катушки индуктивности выходного звена 3 и выходной потенциальной клеммой фильтра, дополнительный шестой конденсатор 10 подключен ко второму выводу катушки индуктивности выходного звена и вторым своим выводом подключен ко второму выводу первого конденсатора выходного звена и одновременно к общей шине.Figure 1 shows the electrical diagram of the proposed device. The device consists of two identical in electrical circuit input 1 and output 2 links. Each of them contains an inductor 3, to one of the terminals of which a piezoresonator 4 and a first capacitor 5 are connected, and a second capacitor 6 is connected to the second output of each of the inductors 6. The circuit also contains a third capacitor 7 connected to the first output of the second link inductor and to the input potential terminal of the filter, the fourth capacitor 8 is connected by the first output to the second output of the input link inductor, its second output is connected to the second output of the input capacitor 5 on and simultaneously to the common bus. An additional fifth capacitor 9 is connected between the first output of the inductance coil of the output link 3 and the output potential terminal of the filter, an additional sixth capacitor 10 is connected to the second output of the inductance coil of the output link and is connected to the second terminal of the first capacitor of the output link and simultaneously to the common bus.

На фиг.2 показана электрическая схема фильтра, отличающаяся от схемы, приведенной на фиг.1 тем, что между входными и выходными звеньями включена цепь, состоящая из N пьезорезонаторов, соединенных последовательно 11, выводы которых через N+1 конденсаторов 12 соединены соответственно с общей шиной.Figure 2 shows the electrical circuit of the filter, which differs from the circuit shown in figure 1 in that between the input and output links is connected a circuit consisting of N piezoresonators connected in series 11, the terminals of which through N + 1 capacitors 12 are connected respectively to a common by bus.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Катушка индуктивности 3 входного звена совместно с конденсаторами 5 и 8 эквивалентна при соответствующем выборе их параметров дифференциально-мостовому трансформатору, к выводам которого подключены пьезорезонатор 4 и конденсатор 6. На выходе звена токи, проходящие через пьезорезонатор 4 и конденсатор 6 вычитаются и в целом схема работает аналогично дифференциально-мостовому звену, содержащему в одном плече пьезорезонатор, а во втором - емкость. При этом конденсатор 7 совместно с конденсатором 5 образует емкостной делитель, позволяющий согласовать входное сопротивление входного звена с входным нагрузочным сопротивлением фильтра. В итоге два таких звена реализуют два полюса характеристического затухания и характеристическое сопротивление первого класса.The inductor 3 of the input link together with the capacitors 5 and 8 is equivalent, if their parameters are selected appropriately, to a differential bridge transformer, to the terminals of which a piezo resonator 4 and a capacitor 6 are connected. At the output of the link, the currents passing through the piezo resonator 4 and capacitor 6 are subtracted and, as a whole, the circuit works similar to a differential-bridge link containing a piezoresonator in one shoulder, and a capacitance in the second. In this case, the capacitor 7 together with the capacitor 5 forms a capacitive divider that allows you to match the input impedance of the input link with the input load resistance of the filter. As a result, two such links realize two poles of the characteristic attenuation and the characteristic resistance of the first class.

Включение дополнительных N пьезорезонаторов между входным и выходным звеньями (как показано на фиг.2), которые совместно с конденсаторами 11 образуют N звеньев лестничного типа, позволяет увеличить число полюсов затухания фильтра до N+2 и увеличить при необходимости уровень затухания в полосе задерживания фильтра, при этом лестничные звенья имеют также характеристическое сопротивление первого класса, что позволяет соответствующим выбором эквивалентных индуктивностей пьезорезонаторов фильтра обеспечить полное согласование лестничных звеньев с входным и выходным звеньями во всей полосе пропускания и получить минимальное вносимое затухание фильтра.The inclusion of additional N piezoresonators between the input and output links (as shown in FIG. 2), which together with the capacitors 11 form N ladder-type links, allows to increase the number of filter attenuation poles to N + 2 and to increase, if necessary, the attenuation level in the filter delay band, at the same time, the ladder links also have a characteristic resistance of the first class, which makes it possible to ensure complete matching of the ladder venyov with input and output links in the entire passband and get the minimum insertion loss of the filter.

В настоящее время по предложенному техническому решению проведены теоретические и экспериментальные исследования, имеется комплект РКД, изготовлены конструктивные макеты фильтров на частоту 65 МГц с полосой пропускания 15 кГц. Фильтр обеспечивает затухание в полосе задерживания более 70 дБ при вносимом затухании менее 4 дБ.At present, according to the proposed technical solution, theoretical and experimental studies have been carried out, there is a set of RCDs, constructive mock-ups of filters at a frequency of 65 MHz with a bandwidth of 15 kHz have been manufactured. The filter provides attenuation in the retention band of more than 70 dB with an insertion attenuation of less than 4 dB.

Источник информацииSourse of information

1. Пьезоэлектрические фильтры. Я.И.Великин, З.Я.Гельмонт, Э.В.Зелях. М., "Связь”, 1966, стр. 351, рис.7.1 б.1. Piezoelectric filters. Ya.I. Velikin, Z.Ya. Helmont, E.V. Zelyakh. M., "Communication", 1966, p. 351, Fig. 7.1 b.

Claims (2)

1. Высокоизбирательный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий идентичные по схеме входное и выходное звенья, каждое из которых состоит из катушки индуктивности, к одному из выводов которой подключены пьезорезонатор и первый конденсатор, а ко второму выводу подключен второй конденсатор, вторые выводы пьезорезонатора и второго конденсатора соединены, отличающийся тем, что к первому выводу катушки индуктивности входного звена подключен третий конденсатор, второй вывод которого является входом фильтра, ко второму выводу катушки индуктивности входного звена подключен четвертый конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора и одновременно с общей шиной, к первому выводу катушки индуктивности выходного звена подключен пятый конденсатор, второй вывод которого является выходом фильтра, к второму выводу катушки индуктивности выходного звена подключен шестой конденсатор, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора выходного звена и одновременно с общей шиной, при этом вторые выводы пьезорезонаторов входного и выходного звеньев соединены между собой.1. A highly selective band-pass piezoelectric filter containing identical input and output links, each of which consists of an inductor, one of the terminals of which is connected to a piezoelectric resonator and a first capacitor, and a second capacitor is connected to the second terminal, the second terminals of the piezoelectric resonator and the second capacitor are connected characterized in that a third capacitor is connected to the first output of the input link inductance coil, the second output of which is a filter input, to the second output of the coil the fourth capacitor is connected to the inductance of the input link, the second output of which is connected to the second output of the first capacitor and simultaneously with the common bus, the fifth capacitor is connected to the first output of the output link inductance coil, the second output of which is the filter output, the sixth capacitor is connected to the second output of the output link inductance coil , the second terminal of which is connected to the second terminal of the first capacitor of the output link and simultaneously with the common bus, while the second conclusions of the piezoresonators in and one of the output units are interconnected. 2. Высокоизбирательный полосовой пьезоэлектрический фильтр по п.1, отличающийся тем, что между входным и выходным звеньями включена цепь, состоящая из N пьезорезонаторов, где N=1, 2, 3 - любое целое число, соединенных последовательно, выводы которых через N+1 конденсаторы соединены с общей шиной.2. The highly selective band-pass piezoelectric filter according to claim 1, characterized in that a circuit consisting of N piezoresonators is connected between the input and output links, where N = 1, 2, 3 is any integer connected in series, the conclusions of which are through N + 1 capacitors are connected to a common bus.

Images