RU2522295C1 - Piezoelectric band-pass filter - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: piezoelectric band-pass filter includes a first piezoelectric resonator, a first capacitor, a second piezoelectric resonator, first and second inductance coils, as well as second, third, fourth and fifth capacitors, wherein the first inductance coil is connected to the second terminal of the first piezoelectric resonator and the first terminal of the second capacitor; the second terminal of the first inductance coil is connected to a common bus; the second terminal of the second capacitor is connected to the input potential terminal of the filter and the third capacitor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the first piezoelectric resonator; the second terminal of the second piezoelectric resonator is connected to the fourth capacitor and the second inductance coil; the second terminal of the fourth capacitor is connected to the common bus; the second terminal of the second inductance coil is connected to the output potential terminal of the filter and the fifth capacitor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second piezoelectric resonator.

EFFECT: improved attenuation in the stop-band and improved matching with low-resistance equivalent loads.

2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции сигналов.The proposed device relates to electronics and can be used for frequency selection of signals.

В аппаратуре связи и измерительной технике находят широкое применение различные типы полосовых пьезоэлектрических фильтров, обладающих высокой стабильностью и возможностью реализации достаточно узких относительных полос пропускания (менее 0.5%).Various types of band-pass piezoelectric filters are widely used in communication and measuring equipment, which have high stability and the ability to implement fairly narrow relative bandwidths (less than 0.5%).

Одним из широко применяемых полосовых фильтров лестничной структуры является двухрезонаторный фильтр, состоящий из первого пьезорезонатора, один вывод которого является входом фильтра, второй его вывод соединен со вторым пьезорезонатором и первым конденсатором. При этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второго пьезорезонатора является выходом фильтра [1]. Этот тип фильтра прост в изготовлении, обеспечивает малый уровень вносимого затухания в полосе пропускания, позволяет реализовать фильтры с относительными полосами пропускания 0,05 - 0,1% и выбран нами в качестве прототипа.One of the widely used ladder bandpass filters is a two-cavity filter consisting of a first piezoelectric resonator, one output of which is a filter input, its second output is connected to a second piezoelectric resonator and a first capacitor. In this case, the second output of the capacitor is connected to a common bus, the second output of the second piezoelectric resonator is the output of the filter [1]. This type of filter is easy to manufacture, provides a low level of insertion loss in the passband, allows us to implement filters with relative passbands of 0.05 - 0.1%, and we have chosen as a prototype.

Недостатком фильтра является малый уровень затухания на частотах ниже его средней частоты и трудности согласования с низкоомными нагрузками, поскольку пьезорезонаторы, как правило, имеют большую величину динамической индуктивности.The disadvantage of the filter is the low level of attenuation at frequencies below its average frequency and the difficulty of matching with low resistance loads, since piezoresonators, as a rule, have a large value of dynamic inductance.

Задачей изобретения является улучшение затухания в полосе задерживания и обеспечение условий согласования с низкоомными нагрузочными эквивалентами без применения каких-либо внешних цепей согласования.The objective of the invention is to improve the attenuation in the retention band and provide matching conditions with low-impedance load equivalents without the use of any external matching circuits.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первый пьезорезонатор, к первому выводу которого подключен первый конденсатор и второй пьезорезонатор, второй вывод первого конденсатора соединен с общей шиной, дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности, а также второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, при этом первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора и к первому выводу второго конденсатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом первого пьезорезонатора, ко второму выводу второго пьезорезонатора подключены четвертый конденсатор и вторая катушка индуктивности, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом второго пьезорезонатора.The problem is solved in that in the filter containing the first piezoelectric resonator, the first output of which is connected to the first capacitor and the second piezoresonator, the second output of the first capacitor is connected to a common bus, the first and second inductors, as well as the second, third, fourth and fifth are additionally introduced capacitors, while the first inductor is connected to the second terminal of the first piezoresonator and to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of the first inductor is connected to a common bus, the second the second output of the second capacitor is connected to the input potential terminal of the filter and to the third capacitor, the second output of which is connected to the first output of the first piezoresonator, the fourth capacitor and the second inductor are connected to the second output of the second piezoresonator, the second output of the fourth capacitor is connected to the common bus, the second output of the second the inductor is connected to the output potential terminal of the filter and to the fifth capacitor, the second output of which is connected to the first output of the second piezoresonator.

Сопоставительный анализ показывает, что заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности, а также второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, при этом первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора и к первому выводу второго конденсатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом первого пьезорезонатора, ко второму выводу второго пьезорезонатора подключены четвертый конденсатор и вторая катушка индуктивности, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом второго пьезорезонатора.Comparative analysis shows that the claimed technical solution differs from the prototype in that the first and second inductors, as well as the second, third, fourth and fifth capacitors, are additionally introduced into the device, while the first inductor is connected to the second output of the first piezoresonator and to the first output the second capacitor, the second terminal of the first inductor is connected to a common bus, the second terminal of the second capacitor is connected to the input potential terminal of the filter and to the third capacitor ohm, the second terminal of which is connected to the first terminal of the first piezoresonator, the fourth capacitor and the second inductor are connected to the second terminal of the second piezoresonator, the second terminal of the fourth capacitor is connected to a common bus, the second terminal of the second inductor is connected to the output potential terminal of the filter and to the fifth capacitor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second piezoresonator.

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

На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows the electrical diagram of the proposed device.

Устройство содержит первый пьезорезонатор 1, к первому выводу которого подключен второй пьезорезонатор 2 и первый конденсатор 3, второй вывод которого соединен с общей шиной. Первая дополнительная катушка индуктивности 4 подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной. Ко второму выводу первого пьезорезонатора подключен второй конденсатор 5, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором 6, второй вывод которого подключен к первому выводу первого пьезорезонатора. Ко второму выводу второго пьезорезонатора 2 подключены четвертый конденсатор 7, второй вывод которого соединен с общей шиной, и вторая дополнительная катушка индуктивности 8, второй вывод которой соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором 9, второй вывод которого подключен к первому выводу второго пьезорезонатора.The device comprises a first piezoresonator 1, to the first terminal of which a second piezoresonator 2 and a first capacitor 3 are connected, the second terminal of which is connected to a common bus. The first additional inductor 4 is connected to the second terminal of the first piezoresonator, the second terminal of the first inductor is connected to a common bus. A second capacitor 5 is connected to the second output of the first piezoresonator, the second output of which is connected to the input potential terminal of the filter and to the third capacitor 6, the second output of which is connected to the first output of the first piezoresonator. A fourth capacitor 7 is connected to the second output of the second piezoresonator 2, the second output of which is connected to a common bus, and a second additional inductor 8, the second output of which is connected to the output potential terminal of the filter and to the fifth capacitor 9, the second output of which is connected to the first output of the second piezoresonator .

Устройство работает следующим образом. Пьезорезонаторы 1 и 2 совместно с конденсатором 3 образуют известную схему полосового фильтра [1]. Для согласования этого фильтра с низкоомными нагрузками на входе фильтра подключено полузвено фильтра верхних частот, состоящее из катушки индуктивности 4 и конденсатора 5, на выходе фильтра для согласования с нагрузочным эквивалентом включено полузвено фильтра нижних частот, состоящее из катушки индуктивности 8 и конденсатора 7. Как показано в работе [2], такие полузвенья ФВЧ и ФНЧ могут обеспечить достаточно высокий коэффициент трансформации, там же приведены формулы для расчета элементов этих цепей. Конденсатор 6, создающий дополнительный обходной путь по току для первого звена, позволяет балансировать схему (образовывать полюс бесконечного затухания) на частотах ниже средней частоты фильтра. Конденсатор 9 также позволяет сбалансировать схему второго звена на частотах, расположенных выше средней частоты фильтра.The device operates as follows. Piezoresonators 1 and 2 together with a capacitor 3 form a well-known bandpass filter circuit [1]. To match this filter with low-impedance loads, a high-pass filter half-link consisting of an inductance 4 and a capacitor 5 is connected at the filter input; a low-pass filter half-link consisting of an inductance 8 and a capacitor 7 is included at the filter output to match the load equivalent. in [2], such high-pass and low-pass filter half-links can provide a sufficiently high transformation coefficient; the formulas for calculating the elements of these chains are also given there. The capacitor 6, which creates an additional current bypass for the first link, allows you to balance the circuit (form a pole of infinite attenuation) at frequencies below the average filter frequency. The capacitor 9 also allows you to balance the circuit of the second link at frequencies located above the average frequency of the filter.

При таком построении схемы фильтра удается обеспечить симметричное расположение полюсов затухания на частотах, которые могут быть выбраны произвольно, обеспечивается удобство настройки фильтра и возможность его работы на низкоомные нагрузки.With such a construction of the filter circuit, it is possible to provide a symmetrical arrangement of the attenuation poles at frequencies that can be arbitrarily selected, and it is convenient to configure the filter and the possibility of its operation at low resistance loads.

На фиг.2 приведена амплитудно-частотная характеристика полосового кварцевого фильтра на частоту 3,56 МГц. В качестве пьезорезонаторов выбраны миниатюрные пьезорезонаторы полоскового типа с динамической индуктивностью 1 Гн.Figure 2 shows the amplitude-frequency characteristic of a band-pass quartz filter at a frequency of 3.56 MHz. As piezoresonators selected miniature piezoresonators strip type with a dynamic inductance of 1 GN.

Источники информацииInformation sources

1. Великий Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. Изд. «Связь» М., 1966, стр.108,177.1. The Great Ya.I., Helmont Z.Ya., Zelyakh E.V. Piezoelectric filters. Ed. “Communication” M., 1966, pp. 108.177.

2. Вопросы согласования пьезоэлектрических фильтров на заданные нагрузки [Текст] / И.М.Ясинский, А.Н.Яковлев // Техника радиосвязи. - 2008. - Вып.13. - С.131-139.2. Matters of matching piezoelectric filters for given loads [Text] / I.M. Yasinsky, A.N. Yakovlev // Radio communication technology. - 2008. - Issue 13. - S.131-139.

Claims (1)

Полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый пьезорезонатор, к первому выводу которого подключен первый конденсатор и второй пьезорезонатор, второй вывод первого конденсатора соединен с общей шиной, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности, а также второй, третий, четвертый и пятый конденсаторы, при этом первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого пьезорезонатора и к первому выводу второго конденсатора, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и с третьим конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом первого пьезорезонатора, ко второму выводу второго пьезорезонатора подключены четвертый конденсатор и вторая катушка индуктивности, второй вывод четвертого конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра и с пятым конденсатором, второй вывод которого соединен с первым выводом второго пьезорезонатора. A band-pass piezoelectric filter containing a first piezoelectric resonator, the first capacitor and the second piezoelectric resonator are connected to the first terminal, the second terminal of the first capacitor is connected to a common bus, characterized in that the first and second inductors, as well as the second, third, fourth and fifth capacitors, while the first inductor is connected to the second terminal of the first piezoelectric resonator and to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of the first inductance soy is shared with the common bus, the second terminal of the second capacitor is connected to the input potential terminal of the filter and the third capacitor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the first piezoresonator, the fourth capacitor and the second inductor are connected to the second terminal of the second piezoresonator, the second terminal of the fourth capacitor is connected to the common by bus, the second terminal of the second inductor is connected to the output potential terminal of the filter and to the fifth capacitor, the second terminal of which is connected to the first terminal torogo piezo resonator.

Images