Фильтр пав что это
Фильтр ПАВ
Что такое фильтр ПАВ, Устройство фильтра ПАВ, применение фильтра ПАВ
Название ПАВ расшифровывается как Поверхностно Акустические Волны.
По сути функциональное назначение самого фильтра ПАВ нечто вроде как у согласующего трансформатора. Если рассмотреть на примере телевизионного приемного тракта то он необходим для того чтобы создать гальваническую развязку между предварительным приемным каскадов и входными цепями радиоканала видеопроцесора
Применение обычного трансформатора есть невозможно: слишком большие рабочие частоты.
Устройство фильтра ПАВ
Входной сигнал, поступая на ВЩП создает в пьезокристалле электрическое поле, вызывающие упругие деформации. Эти деформации распространяются по все поверхности в виде поверхностных акустических волн.
В результате возникает поверхностная разница потенциалов которая поступает на выход фильтра.
АЧХ фильтра ПАВ зависит конечно-же от формы и размера самих гребенок.
А выглядит фильтр ПАВ так:
Ну в общем-то конструкции фильтров ПАВ могут быть разные но в телевизионных приемниках они все взаимозаменяемы
Фильтры на ПАВ (Общий каталог)
Фильтры на поверхностных акустических волнах (фильтры на ПАВ) широко используются в составе современных систем связи. Это обусловлено сочетанием высоких электрических характеристик таких устройств (в том числе малых вносимых потерь, высокой избирательности и малого коэффициента прямоугольности) с их малыми габаритными размерами. Кроме того, фильтры на ПАВ имеют более устойчивые характеристики к внешним воздействующим факторам по сравнению с их аналогами на LC-элементах и пьезокерамике.
Основные достоинства ПАВ фильтров следуют из их структуры:
По полному технологическому циклу ООО «БУТИС» производит фильтры на ПАВ до 1200 МГц. С учетом заказных кристальных элементов, размещаемых на контрактных производствах — до 3330 МГц.
Возможность массового производства, экономичность и воспроизводимость таких устройств обусловлены применением планарной групповой технологии при их изготовлении.
В настоящее время хорошо проработаны и серийно выпускаются следующие основные типы ПАВ фильтров, различие которых заключается в их физической конструкции:
Каждый ВШП состоит из двух вложенных друг в друга гребенок металлических электродов.
Электроды ВШП обычно расположены на расстоянии 1/2 или 1/4 длины акустической волны на центральной частоте фильтра, что ограничивает верхний предел центральной частоты минимальным размером ширины электрода, реализуемым при стандартной технологии.
Нижний предел центральной частоты фильтра ограничен допустимой длиной пьезоэлектрической подложки.
Таким образом, ПАВ фильтры используются для обработки радиосигналов в диапазоне частот от 10 МГц до 2 ГГц.
Обычный ПАВ-преобразователь является двунаправленным излучателем, что ограничивает минимальные вносимые потери на уровне 6 дБ. Наличие ряда эффектов второго порядка, таких как резистивные потери в электродах и соединительных шинах, рассогласование акустических и электрических импедансов преобразователей, низкие значения коэффициента электромеханической связи доступных для применения пьезоэлектриков, увеличивает уровень вносимых потерь в реальном фильтре до 15…30 дБ.
В последние годы появились новые конструкции фильтров на ПАВ, обеспечивающие вносимые потери на уровне 1…7 дБ за счет использования внутренних переотражений, например, продольно-связанная структура, показанная на Рис.2.
Выбор конструктивного решения определяется совокупностью требований, предъявляемых к электрическим характеристикам конкретного ПАВ фильтра :
Общие рекомендации по Фильтрам на ПАВ
Рекомендации для ручной пайки Фильтров в SMD – корпусах.
Пайка выводов фильтра в корпусе SMD должна производиться припоем с температурой плавления не более 150°С при помощи паяльника с температурой жала не более 160°С.
Требуется предварительный прогрев корпуса со скоростью не более 10°С/мин до температуры 100°С.
При пайке рекомендуется использовать флюс радиомонтажный, нейтральный ЛТИ-120.
Время пайки не должно превышать 10 секунд.
Рекомендации для ручной пайки ПАВ-фильтра в корпусе с выводами (например — МСШ-4-04).
Пайка выводов фильтров должна производиться припоем ПОС-61 ГОСТ 21930 при помощи паяльника с температурой жала не более 235°C.
Максимальное время касания каждого вывода жалом паяльника 3 с.
Минимальное время между пайками соседних выводов 5 с.
Минимальное время между пайками одних и тех же выводов 5 мин.
Рекомендации для автоматической пайки
Допускается пайка корпусов фильтра по периметру к монтажным элементам припоем с температурой плавления не более 150°С и паяльником с температурой жала не более 160°С.
Требуется предварительный прогрев корпуса со скоростью не более 10°С/мин до температуры 100°С.
При пайке рекомендуется использовать флюс радиомонтажный, нейтральный ЛТИ-120.
Время пайки не должно превышать 10 секунд.
Рис. 1. Температурная кривая для автоматической пайки.
Фильтр пав что это
В настоящее время техника компонентов и устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) достигла высокого уровня, их можно успешно применять во многих системах. Наиболее часто в аппаратуре связи и радиочастотной селекции применяются фильтры на ПАВ *для формирования или фильтрации каналов связи. Это обусловлено тем, что эти устройства выполняют требуемые от них функции экономично и надежно, не занимая в то же время большого объема. Используются они при передаче и точной фильтрации сигнала, необходимой для подавления нежелательных сигналов. Компоненты на ПАВ имеют фундаментальное значение для подсистем перспективных систем связи. Работа ПАВ фильтров основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах на поверхности кристаллов. Данный класс фильтров преобразует на входе электромагнитные колебания различной частоты в акустические колебания, на поверхности пьезоэлектрика, и на выходе обратно, разделяя при этом акустические колебания различной частоты. В результате обработки (воздействия) поверхностной волны по пути распространения формируется характеристика выходного сигнала. Из спектра поданных на вход электромагнитных колебаний фильтр на ПАВ выделяет (пропускает на выход) колебания в заданной области частот (полоса пропускания) и подавляет (ослабляет) все остальные составляющие. Применение ПАВ фильтра в приемнике радиосистем связи, по существу, эквивалентно применению согласованного фильтра для сигнала любой формы. На практике функции согласованного и взвешивающего фильтра могут быть успешно объединены в одном фильтре на ПАВ, если амплитудно-частотная характеристика фильтра будет подвергнута надлежащей весовой обработке.
Преимущества применения ПАВ фильтров (SAW *) и устройств на их основе, связанные как с техническими, так и с экономическими соображениями:
Экономические выгоды, которые дает применение устройств на ПАВ:
ООО «НПП «Техно-ПАРК» – Российский производитель, а так же поставщик полосно-пропускающих радиочастотных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) различных производителей (TST, SAWTEK, Murata, Epcos и др.), а так же устройств на их основе.
* Периодически можно встретить англоязычное написание «Surface Acoustic Wave (SAW)».
Фильтры на ПАВ (SAW)
Благодаря использованию поверхностных акустических волн, частотный диапазон данного типа фильтров расширен в область высоких частот и может достигать значений нескольких гигагерц. Для реализации фильтров на поверхностных волнах используются пьезоэлектрики, подобные кварцевой пластинке. Однако кварц редко используется для изготовления широкополосных фильтров. Обычно применяется титанат бария или ниобат лития.
Отличие в работе ПАВ фильтров от кварцевых или пьезокерамических заключается в том, что используется не объемное колебание пьезоэлектрика, а волна, распространяющаяся по поверхности. Для того, чтобы не возникало объемных волн, которые могут исказить АЧХ, принимаются специальные конструктивные меры.
ПАВ фильтры с линейной фазовой характеристикой
Возбуждение поверхностной волны на поверхности пьезоэлектрической пластинке обычно производится при помощи двух металлических полосок, нанесенных на ее поверхность на расстоянии λ/2. Для увеличения эффективности преобразователя количество полосок увеличивают. На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция фильтра на поверхностных акустических волнах.
Рисунок 1. Упрощенная конструкция ПАВ фильтра
На данном рисунке видно как распространяется поверхностная волна и снова преобразуется в электрические колебания при помощи преобразователя, подобного входному. Обратите внимание, что на концах пьезоэлектрической пластинки находятся поглотители акустических волн, которые исключают их отражение. То, что волна распространяется в две стороны означает, что ее энергия делится поровну и половина ее поглощается поглотителем. В результате потери описываемого устройства не могут быть меньше 3 дБ. Еще одним принципиальным ограничением является то, что на выходе приемного преобразователя должна оставаться часть энергии ПАВ. Иначе не удастся реализовать заданную амплитудно-частотную характеристику. В результате потери в полосе пропускания для данного типа фильтров на поверхностных волнах достигает
Их принцип работы подобен принципу работы цифровых КИХ фильтров. Импульсная характеристика реализуется за счет длины металлических полосок в выходном пьезопреобразователе. При расчете выбирается идеальная (прямоугольная) амплитудно-частотная характеристика. Пример задания требований к АЧХ полосового фильтра приведен на рисунке 2.
Рисунок 2. Форма идеализированной АЧХ фильтра
Затем для того, чтобы получить импульсную характеристику, производится преобразование Фурье от идеальной АЧХ. Для уменьшения ее длины, а, следовательно, и количества металлических полосок в приемном преобразователе, коэффициенты с малой энергией отбрасываются. Пример подобной импульсной характеристики приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Форма дискретной импульсной характеристики ПАВ фильтра
Однако при отбрасывании части коэффициентов форма амплитудно-частотной характеристики искажается. В полосе непропускания появляются области с малым коэффициентом подавления нежелательных частотных компонент.
Для того, чтобы уменьшить эти эффекты, полученная импульсная характеристика умножается на временное окно Хемминга или Блекмана-Херриса. Каждый коэффициент будет представлен своей парой электродов в приемном преобразователе акустической волны в электрический сигнал.
Пример формы АЧХ фильтра после обработки его импульсной характеристики окном Блекмана-Херриса приведен на рисунке 4. На этом же рисунке приведена АЧХ фильтра на поверхностных акустических волнах с учетом неточности изготовления длины металлических полосок преобразователя.
Рисунок 4. АЧХ ПАВ фильтра с применением окна Блекмана-Херриса без учета и с учетом неточности изготовления
Несомненными преимуществами данного вида ПАВ фильтров является отличная форма амплитудно-частотной характеристики. Еще одним их преимуществом является линейная фазовая характеристика, что дает значительные преимущества при создании аппаратуры с использованием цифровых видов модуляции.
Однако существенным недостатком является значительное вносимое затухание на центральной частоте полосы пропускания. Это не позволяет использовать данный тип полосовых фильтров в первых каскадах высокочувствительных приемников систем мобильной радиосвязи и сотовых телефонов. По этой же причине нежелательно применение этих фильтров в выходных каскадах радиопередатчиков (выделение значительной части мощности выходного колебания на фильтре приводит к его разрушению).
ПАВ фильтры с малыми потерями
Основой построения фильтров на поверхностных акустических волнах с малыми потерями являются ПАВ-резонаторы. Принцип работы этих резонаторов основан на отражении поверхностной акустической волны отражательными решетками. Расстояние между проводящими полосками (или канавками в пластинке пьезоэлектрика), равно половине длины волны. Расстояние между отражателями выбирают кратным длине акустической волны на частоте настройки резонатора. В результате между отражателями возникает стоячая волна. Конструкция ПАВ резонаторов этого вида приведена на рисунке 5.
Рисунок 5. Конструкция резонатора на поверхностных акустических волнах (SAW резонатор)
Рисунок 6. Фотография участка поверхности ПАВ-резонатора
Рисунок 7. Еще один вариант ПАВ-резонатора
ПАВ-резонатор по своим характеристикам не отличается от обычного кварцевого резонатора, который использует объемные акустические волны. Его электрическая схема соответствует последовательному резонансному контуру. Для обеспечения стабильности характеристик они изготавливаются на кварцевых пластинках. Типовая добротность этого контура составляет 12000 [5]. Эквивалентная схема резонатора на поверхностных акустических волнах приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Эквивалентная схема резонатора на поверхностных акустических волнах
Резонатор на поверхностных волнах можно выполнить с двумя преобразователями, конструкция которого показана на рисунке 9. Использование двух преобразователей позволяет гальванически развязать вход и выход фильтра.
Рисунок 9. Конструкция резонатора с двумя пьезопреобразователями
В данном резонаторе отражатели выполнены не в виде короткозамкнутых полосок металла, а в виде бороздок в пьезоэлектрике. Бороздки вызывают отражение точно так же, как и короткозамкнутые полоски металла. Эквивалентная схема этого резонатора приведена на рисунке 10. Подобное схемное решение позволяет гальванически развязать вход и выход устройства.
Рисунок 10. Эквивалентная схема резонатора с двумя пьезопреобразователями
На одной пластинке пьезоэлектрика можно реализовать сразу несколько резонаторов. Они могут быть связаны между собой электрически или через акустическую связь. Конструкция фильтра на поверхностных волнах с двумя резонаторами, связанными между собой акустически, показана на рисунке 11.
Рисунок 11. Конструкция фильтра на поверхностных волнах с двумя резонаторами
Эквивалентная схема этого фильтра приведена на рисунке 12. В ней ПАВ резонаторы образуют два полюса, как в полосовом фильтре Чебышева или Баттерворта второго порядка.
Рисунок 12. Эквивалентная схема фильтра на поверхностных волнах с двумя резонаторами
Реализуемая таким фильтром типовая амплитудно-частотная характеристика приведена на рисунке 13.
Рисунок 13. Амплитудно-частотная характеристика фильтра с двумя резонаторами
Рассмотренная конструкция эквивалентна кварцевой двойке. Для связи между двойками обычно применяется конденсатор связи. Подобная конструкция фильтра на поверхностных волнах приведена на рисунке 14.
Рисунок 14. Четырехрезонаторный ПАВ фильтр
Эквивалентная электрическая схема фильтра, конструкция которого приведена на рисунке 14 показана на рисунке 15.
Рисунок 15. Эквивалентная схема четырехрезонаторного ПАВ фильтра
Фотография ПАВ фильтра с открытой крышкой показана на рисунке 16. Рядом для сравнения размеров расположена десятикопеечная монета.
Рисунок 16. Внешний вид ПАВ фильтра
Еще один вид полосовых фильтров на поверхностных волнах с малыми потерями строится по лестничной схеме. Принципиальная схема П-образного лестничного фильтра на трех резонаторах приведена на рисунке 15.
Рисунок 15. Схема лестничного фильтра на ПАВ-резонаторах
Эквивалентная схема этого фильтра показана на рисунке 16.
Рисунок 16. Эквивалентная схема лестничного фильтра на ПАВ-резонаторах
Типовое расположение ПАВ резонаторов в лестничном фильтре приведено на рисунке 17.
Рисунок 17. Конструкция лестничного фильтра на ПАВ-резонаторах
Внешний вид лестничного фильтра на поверхностных волнах с открытой верхней крышкой показан на рисунке 18.
Рисунок 18. Внешний вид лестничного ПАВ-фильтра и его центрального резонатора
В качестве наиболее известного отечественного производителя фильтров на поверхностных акустических волнах можно назвать ООО «АЭК» (например, фильтр A177-44.925M1). Для приведения его входного и выходного сопротивления к стандартному значению 50 Ом производитель рекомендует использовать уже хорошо известное нам решение фильтра-трансформатора сопротивлений. А так как это фильтр нижних частот, то он одновременно избавит от проблем неидеальности амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот, которые могут вызываться эффектом тройного эха или воздействием объемной волны.
Рисунок 19. Схема согласования ПАВ фильтра с стандартным значением сопротивления 50 Ом
Фильтры, производимые иностранной фирмой EPCOS содержат все цепи согласования внутри корпуса, поэтому достаточно обеспечить сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки, равным 50 Ом, и мы получим заданную АЧХ.
Рисунок 20. Пример амплитудно-частотной характеристики ПАВ-фильтра B9909 фирмы EPCOS
Дата последнего обновления файла 18.03.2019
Понравился материал? Поделись с друзьями!