Расчет полосно-избирательного фильтра на аподизованных ВШП

 

Оглавление

Цель работы.………………………………………………………………………………………...3

Исходные данные…………………………………………………………………………………...3

Расчетная часть........………………………………………………………………………………...3

Вывод……………………………………………………………………………………………….11

Список использованной литературы……………………………………………………………..12

Приложения………………………………………………………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель работы

 

Рассчитать и сконструировать  полосно-пропускающий фильтр на поверхностно-акустических волнах.

Исходные данные

 

1. Резонансная частота:  
2. Полоса пропускания:
3. Допустимая неравномерность в полосе пропускания:
4. Минимальное ослабление в полосе задерживания (избирательность):
5. Коэффициент прямоугольности: 
6. «Временное окно» Кайзера

Расчетная часть

 

Зададим допустимую неравномерность амплитудно-частотной характеристики в виде суммы трех составляющих:

Где выбираем компромиссным путем:

  - неравномерность АЧХ при использовании модели возбуждения (приема) ПАВ δ-источниками (приемниками)

 - неравномерность АЧХ за счет сигнала трехкратного прохождения

 - неравномерность АЧХ за счет электромагнитных наводок между ВШП и МПО

 

Принимаем следующие  значения:

 

 

 

                                                             

 

Пользуясь графиком Рис. 1 (1) выбираем значения параметров

Рис.1. Выбор параметров функции «временного окна».

 

 

Функция частотной характеристики имеет вид:

где – модицифированная функция Бесселя нулевого порядка.

 Нормированная частотная характеристика будет иметь вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

        Рис.2. Нормированная частотная характеристика для параметров а=1.25 и М=8.

 

По нормированной частотной характеристике ВШП рассчитываем характеристику избирательности в децибелах:

По которой определяем значение обобщенной расстройки, соответствующее границе полосы пропускания фильтра. Значение равно такой обобщенной расстройке, при которой ослабление на склоне характеристики избирательности оказывается равным .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Характеристика избирательности в децибелах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Рис.4. Определение значения обобщенной расстройки .

 

- значение обобщенной расстройки, соответствующее границе полосы пропускания фильтра.

 

 

Находим значение параметра  функции аподизации для того, чтобы  фильтр имел заданную полосу пропускания:

- параметр функции аподизации.

При помощи функции аподизации Кайзера w(k) разрабатывается топология ВШП:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Рис. 5. Функция аподизации ВШП Кайзера

 

 

Исходя из рекомендаций, в качестве материала пьезоэлектрической подложки выбираем кварц 2.

Табл.1. Физические свойства пьезоэлектрических монокристаллов.

 

Рассчитаем минимальное значение модуля аподизации для «временного  окна» функции Кайзера:

Найдем число промежутков между  электродами ВШП:

Длина волны на поверхностно-акустических волнах:

Пространственный шаг  электродов ВШП:

Пространственный шаг  электродов МПО:

            Количество электродов МПО:

             

            Принимаем .

Длина ВШП:

Длина МПО:

 

     Максимальная ширина апертуры фильтра:

Принимаем значение для выполнения условия ближней зоны.

 

Пользуясь таблицей 2, исходя из значения , определяем коэффициент электромагнитной развязки между ВШП и МПО:

Табл.2. Влияние сигнала  трехкратного прохождения на частотную  характеристику фильтра.

   – электромагнитная развязка между МПО и ВШП

Найдем расстояние между  центрами ВШП и МПО:

Удостоверимся, что дифракционные  искажения незначительны(проверка ближней зоны):

Переходим к расчет параметров электрической эквивалентной схемы  ВШП.

Статическая емкость:

 

 

 

Проводимость излучения:

Из Табл.2. находим ослабление сигнала трехкратного прохождения, при котором вносимая им неравномерность  не превосходит заданного значения .

 

Вычисляем шунтирующую  проводимость:

Т.к. статическая емкость достаточно велика, необходимо подключать фильтр к усилительным каскадам через согласующие цепи (Рис.5).

Рис.5. Схема согласования фильтра на ПАВ с усилительными  каскадами.

Используем транзистор КТ315А для усиления. Его входные и выходные проводимости и емкости:

 Определим коэффициент  трансформации входной согласующей  цепи:

Определим коэффициент  трансформации выходной согласующей  цепи:

 

Рассчитаем дополнительные емкости  :

Определяем значение шунтирующих сопротивлений входной и выходной согласующих цепей:

Контурные индуктивности  согласующих цепей:

Определим полосу пропускания  согласующих цепей:

Т.к. , то можно пренебречь влиянием согласующих цепей на частотную характеристику фильтра. 
 

 

 

 

Вывод

В ходе работы был полностью  рассчитан, включая согласующую  цепь, фильтр на поверхностных акустических волнах согласно заданию. При проектировании расчетные значения согласующих  элементов были округлены до существующих номиналов.  

Входная согласующая цепь:

Выходная согласующая  цепь:

Пьезокерамическая подложка с нанесенными ВШП и МПО  размещается в корпусе размером 17.5мм х 22 мм х 3 мм. Элементы согласующей  цепи вынесены за пределы корпуса  для уменьшения нежелательной электромагнитной связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. «Автоматизированное проектирование фильтров на поверхностных акустических волнах» В.А. Богданович, А.Г. Вострецов, А.О. Елистратов, Л.Г. Плавский, Новосибирск, 1987 г.